FEHLERSUCHE UND ANALYSE IN VOIP-NETZEN

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1 N E X T G E N E R A T I O N M E A S U R E M E N T FEHLERSUCHE UND ANALYSE IN VOIP-NETZEN Tr a f f i c ly s e r Tr a c evi e w 3Q i n d er Praxis NEXT GENERATION MEASUREMENT

2 Kein Teil dieser Broschüre darf in irgendeiner Form (Druck, Fotokopie, Mikrofilm oder in einem anderen Verfahren) ohne unsere vorherige schriftliche Genehmigung reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. Wir weisen darauf hin, dass die im Buch verwendeten Bezeichnungen und Markennamen der jeweiligen Firmen im Allgemeinen warenzeichen-, marken- oder patentrechtlichem Schutz unterliegen. Copyright: Herausgeber: 2010 Nextragen GmbH Stand: 02/2010 Nextragen GmbH Lise-Meitner-Str Flensburg

3 Management Summary Seit mehreren Jahren ist die Voice over IP (VoIP) Technologie auf dem Vormarsch. Die Integration von VoIP in die Geschäftsanwendungen (Unified Communications; UC) gilt inzwischen als treibender Faktor für den Umbruch in der Unternehmenskommunikation. UC und VoIP versprechen nicht nur echte Kosteneinsparungen und Produktivitätssteigerungen, sondern sorgen auch für eine noch stärkere Integration der Sprach- und Videodienste in die Unternehmensprozesse. Die Integration der Sprach-, Video und der Datendienste auf einer einheitlichen IP-Transportplattform vereinfacht die Kommunikationsinfrastrukturen. Gleichzeitig werden jedoch wesentlich höhere Anforderungen an Funktionalität und die Zuverlässigkeit der Netzwerke gestellt. Diese Integration birgt potentielle Gefahren und es kann beim VoIP-Betrieb zu erheblichen Störungen kommen. In der Praxis wird von den Netzverantwortlichen die Echtzeitfähigkeit der IP-Netze oft überschätzt. Auch wird übersehen, dass Sprach- und Videoanwendungen sehr sensibel reagieren und sich als wenig tolerant gegenüber Lastspitzen und zu hoher Bandbreitenauslastung zeigen. Die Konsequenzen bei VoIP und Video sind erheblich und resultieren in einer schlechten Video/Sprachqualität, Knacken und Rauschen oder gar Abbrüche von Telefonaten und Videoübermittlungen. Mit einem leistungsfähigen Messwerkzeug ist der Netzadministrator in der Lage, den gesamten VoIP-Verkehr aufzuzeichnen, auszuwerten und VoIP-Probleme schnell zu beheben. Vor Fehlern ist kein VoIP- bzw. Datennetz geschützt, deshalb muss der Administrator in der Lage sein, die VoIP- bzw. Netzprobleme auf dem Kabel lokalisieren zu können. Wenn die Bordmittel des Betriebssystems nicht mehr ausreichen, um Problemen im VoIP-Netzwerk auf die Spur zu kommen, müssen schwerere Geschütze aufgefahren werden, die einen Blick in, bzw. auf das Kabel ermöglichen. Ein solches spezialisiertes Analysewerkzeug ist nicht Bestandteil der Rechner und muss deshalb speziell beschafft werden. Die Ursachen für Netzwerkprobleme haben sich in den vergangenen Jahren deutlich verändert. Lagen sie früher häufig bei den physischen Komponenten wie Verkabelung, Netzwerkkarten, Switches oder Routern, so sind sie heute zum überwiegenden Teil auf den höheren OSI-Schichten der Layer 4 bis 7 zu suchen. VoIP erfordert jedoch das korrekte Zusammenspiel aller Schichten und erhöht somit die Komplexität bei der Fehlersuche. Besonders wichtig ist die Ende-zu-Ende-Beurteilung der Spracheigenschaften, wie beispielsweise die Verzögerung, der Jitter und die Paketverluste. Darüber hinaus hängt die Übertragungsqualität auch von der Netzverfügbarkeit und den individuellen Eigenschaften der genutzten Telefone und Gateways ab. Fallstricke der VoIP-Telefonie Dieses Kapitel beschreibt die heute genutzten VoIP-Protokolle in der Übersicht. Voice over IP setzt auf dem Internet Protocol (IP) als Transportbasis auf. Die digitalisierten Sprachdaten werden mit Hilfe von IP-Paketen zwischen den Kommunikationsteilnehmern über die Netzwerke übermittelt. Signalisierung Signalisierungsprotokolle sind Verfahrensvorschriften mit denen Steuernachrichten zwischen VoIP - Komponenten codiert, decodiert und interpretiert werden. VoIP kennt eine Vielzahl unterschiedlicher Signa- Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk 1

4 lisierungsprotokolle, die zur Einrichtung, Durchführung der Anrufe und Übermittlung von Informationen genutzt werden. Das Session Initiation Protocol (SIP) und H.323 gehören zu den wichtigsten Signalisierungsmechanismen im VoIP-Markt. Der früher dominierende H.323-Protokollmechanismus wurde inzwischen durch SIP weitgehend ersetzt und wird mittlerweile von allen VoIP-Anbietern unterstützt. Eine SIP-Systemarchitektur besteht aus Terminals, Clients, Proxy und Location Servern. Der Proxy Server dient der Verwaltung der Anrufe, der SIP Accounts und der SIP Terminals bzw. SIP-Clients. Der Proxy Server besitzt eine Datenbank mit diversen SIP-Accounts. Diese Accounts bestehen aus Benutzerangaben, Passwörtern und den dazugehörigen Telefonnummern. Ein SIP Terminal muss sich beim Proxy Server registrieren und anmelden, wenn das Terminal erreichbar sein soll. Nach der Anmeldung kann der Server die Rufnummer des Clients einer IP-Adresse zuordnen. Möchte ein angemeldeter Client einen anderen Teilnehmer anrufen, wird eine so genannte SIP-Invite Nachricht generiert und an den SIP Proxy übermittelt. Der Proxy überprüft die in der SIP Message enthaltene Telefon/Teilnehmernummer. Ist der Empfänger am System angemeldet, leitet der SIP Server die SIP-Anfrage an das betreffende Endsystem weiter. Beim Gesprächsaufbau werden auf Basis des SIP-Protokolls die für die eigentliche Sprachkommunikation notwendigen IP-Adressen der beiden Clients ausgetauscht. Nach Abschluss der SIP-Signalisierung findet das eigentliche Gespräch in Form einer Peerto-Peer-Verbindung (und der Nutzung des Real Time Protocols; RTP) zwischen den beiden Endgeräten statt. Befindet sich die gewählte Rufnummer bzw. der Teilnehmer außerhalb der lokalen SIP-Domäne, werden die SIP-Nachrichten an den SIP-Proxy der Ziel-SIP-Domäne oder an ein Telefon-Gateway (Übergang ins ISDN-Netz) weitergeleitet. Abb. 1.1: SIP-Netzarchitektur Bei der Signalisierung in Telefonanlagen treten zahlreiche potenzielle Probleme auf. Dies kann sich um so einfache Dinge, wie die Übergabe falscher IP-Adressen, die Signalisierung falscher SIP-Optionen, aber auch um komplexe Kompatibilitätsprobleme zwischen den beiden Endpunkten handeln. Zur Analyse der zwischen den SIP-Elementen ausgetauschten Signalsierungsnachrichten ist ein VoIP-Analysator notwendig. Dieser erkennt die Probleme im Bereich der Signalisierung und stellt dem Administrator die notwendigen Informationen zur Behebung des betreffenden Problems zur Verfügung. Die Analysesoftware der Firma Nextragen GmbH wurde auf VoIP und die damit verbundenen QoS- Problematiken optimiert. Durch die Aufzeichnung der Signalisierunspakete hat der Netzadministrator die 2 Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk

5 Möglichkeit, die über das Netz übertragenen Pakete und Inhalte im Detail zu untersuchen. Anhand einer solchen Aufzeichnung werden die einzelnen Verbindungen dargestellt und anhand eines Pfeildiagramms der Ablauf der SIP-Nachrichten übersichtlich dargestellt. Fehler und Anomalitäten lassen sich auf einen Blick erkennen. Zu jeder Nachricht werden sämtliche Protokolldetails und die genauen Zeitstempel bereitgestellt. Damit lassen sich beispielsweise die Antwortzeiten der einzelnen Nachrichten miteinander korrelieren und Fehler erkennen, die durch zu hohe Antwortzeiten hervorgerufen werden. Abb. 1.2: SIP-Verbindungsablauf in TraceView 3Q Streams Nachdem die Merkmale der VoIP-Verbindung zwischen den beiden Endpunkten mit Hilfe des Signalisierungsprotokolls übermittelt wurden, werden die eigentlichen Sprachinformationen über so genannte RTP-Streams über das IP-Netzwerk in Echtzeit übertragen. Alle VoIP-Standards verwenden das Real Time Transport Protocol (RTP) für das Streaming von Echtzeitsprachpaketen. RTP verpackt den Gesprächsdatenstrom in einzelne Pakete und verschickt diese Pakete auf Basis der UDP/IP-Mechanismen. In den RTP-Paketen werden neben den reinen Sprachinformationen auch zusätzliche Steuerinformationen übermittelt: Synchronization Source (SSRC): dient der Zuordnung der gesendeten Pakete zu einer Session. Sequenznummern: Auf Basis der Sequenznummer werden die empfangenen Pakete wieder in die richtige Reihenfolge gebracht und außerdem festgestellt, wenn Pakete verloren gegangen sind. Timestamp: Der Zeitstempel dient der Laufzeitenkontrolle der Pakete und dient als Grundlage zur Jitterberechnung. Payloadtype: Definiert die Art der Informationscodierung. Dadurch kann der Empfänger die im RTP-Strom enthaltenen Sprachdaten richtig dekodieren. Der RTP-Standard legt keinen festen UDP-Port für die Kommunikation fest. Aus diesem Grund müssen die Endpunkte diese Ports beim Verbindungsaufbau kommunizieren. Bei der Kommunikation über Firewalls und Network Address Translation (NAT) Komponenten werden jedoch die ursprünglichen Portund Adress-Kennungen verändert. Da die signalisierten und die real genutzten IP-Adressen/Portadressen nicht mehr übereinstimmen, kommt keine RTP-Verbindung und somit auch kein Telefongespräch zwischen den beiden Endsystemen zustande. Firewalls und NATs im VoIP-Netz erfordern den Einsatz eines STUN/TURN-Servers. Hierzu müssen die VoIP-Endgeräte die notwendigen STUN/TURN-Funktionen implementiert haben und diese müssen vom Administrator auch aktiviert sein. Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk 3

6 Werden die Sprachpakete durch die Firewall bzw. die NAT-Komponente blockiert, müssen die betreffenden RTP-Streams auf Basis eines VoIP-Messgeräts eingehend analysiert werden, um die Verbindungsfehler bzw. Falschkonfigurationen beseitigen zu können. Die Sprachströme werden bei VoIP nicht mit dem sicheren TCP-Protokoll übermittelt. RTP nutzt stattdessen das ungesicherte User Datagram Protocol (UDP) für die Übertragung von Sprachpaketen. Der Grund hierfür liegt in dem hohen TCP-Overhead und durch TCP verbundenen hohen Paketverzögerungen. Durch die Nutzung von UDP werden auf der Transportebene keine auf dem Weg zum Empfänger verloren gegangenen Pakete wiederholt. VoIP kann zwar mit geringen Paketverlusten umgehen. Die sich dadurch verändernde Sprachqualität macht sich kaum beim Nutzer bemerkbar. Gehen jedoch größere Mengen an Datenpaketen verloren oder erhöht sich die Verzögerungszeit durch eine Überlast im Netzwerk, hat dies eine signifikante Verschlechterungen der Telefonströme zur Folge. Auch hier gilt: Den Paketverlusten und Staus im Netzwerk muss auf die Spur gekommen werden. Auch hier hilft ein VoIP-Messgerät zur detaillierten Ursachenforschung. Der VoIP-Analysator TraceView 3Q stellt die Aufzeichnung eines Datenverkehrs an einem Netzknotenpunkt in einem so genannten Trace dar. Die RTP-Ströme werden dabei in einer Liste dargestellt. Die RTP- Sessionliste verweist darüber hinaus auf die dazugehörigen SIP-Signalisierungen. Die Details der RTP- Sessionliste verdeutlichen die wichtigen VoIP-Parameter und QoS-Werte einer RTP-Session. Zu diesen Parametern gehören beispielsweise der Jitter, die Paketverlustrate und die genutzten Codecs. Für jede Session wird der individuelle R-Faktor berechnet und der MOS-Wert (Mean opinion Score) abgeleitet. Durch farbliche Markierungen (Grün, Gelb, Rot) werden Sessiondaten qualifiziert. Dies sorgt für einen schnellen Überblick alle Verbindungen in einem Trace. Abb. 1.3: Bewertete RTP-Session in TraceView 3Q Codecs Bevor ein VoIP-Gespräch über ein IP-Netz geführt werden kann, muss das analoge Audiosignal in ein digitales Signal umgewandelt werden. Da oft nur eine geringe Bandbreite zur Verfügung steht, ist auch eine entsprechende Komprimierung des Signals notwendig. Dabei wird eine möglichst hohe Sprachqualität bei einer möglichst niedrigen Datenrate angestrebt. Das Sprachsignal wird beim Sender quantisiert und kodiert. Danach wird es per IP über das Netzwerk übertragen und beim Empfänger dekodiert, also für die Wiedergabe in ein analoges Signal umgewandelt. Die wichtigste Forderung an das verwendete Kodierverfahren ist: das Signal muss in Echtzeit, das heißt mit minimaler Verzögerung, kodierbar und dekodierbar sein. 4 Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk

7 Codec Kodierungsverfahren Übertragungsrate Sprachqualität Verzögerung G.711 Pulse Code Modulation (PCM) G.723 Algebraic Code Excited Linear Prediction (ACELP) G Multiple Maximum Likelihood Quantization (MPMLQ) G.726 Adaptive Differential Pulse Code (ADPCM) G.728 Low Delay Code Excited Linear Prediction (LD-CELP) G.729 Algebraic Code Excited Linear Prediction (ACELP) G.729A Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction (CSACELP) 64 kbit/s sehr gut Nominell 6.4/5.3 kbit/s gut bis schlecht Hoch 6.4/5.3 kbit/s gut bis schlecht Hoch 40/32/24/16 kbit/s gut bis schlecht Sehr gering 16 kbit/s gut Gering 8 kbit/s gut Gering 8 kbit/s befriedigend Gering Codecs unterscheiden sich in deren Sound-Qualität, die zur Quantifizierung/Codierung notwendige Rechenleistung und den für die Übermittlung der Signale notwendigen Bandbreite. Nutzt der Sender einen bestimmten Sprachcodec zum Kodieren der Sprache, muss der Empfänger den selben Sprachcodec zur Dekodierung der Sprache benutzen. Bei der Signalisierung des Gesprächs wird festgelegt, welchen Sprachcodec die beiden Kommunikationspartner anwenden. Der Codec G.711 ist der bekannteste Sprachcodec und muss von jedem VoIP-Endgerät unterstützt werden. Dieser bietet die beste Sprachqualität (ähnlich ISDN), benötigt aber auch die größte Bandbreite. Da nicht immer die maximale Bandbreite zur Übermittlung der Sprachsignale zur Verfügung steht, sind die Endgeräte dazu gezwungen, einen schlechteren Sprachcodec zu nutzen, um die betreffende VoIP-Verbindung überhaupt aufbauen zu können. Dies bringt zwangsläufig eine Verschlechterung der Sprachqualität mit sich. Sollen mehrere Standorte miteinander verbunden und sollen in allen Standorten VoIP-Geräte installiert werden, müssen zwischen den einzelnen Standorten von einem Service Provider die entsprechenden Verbindungen angemietet werden. Zur Reduzierung der notwendigen Bandbreite und damit selbstverständlich auch der Kosten, werden oftmals auf diesen Leitungen Codecs mit geringer Bandbreitenanforderungen genutzt. Hierfür werden spezielle Gateways installiert, welche die Telefonate von einen Codec in einen andern Codec umsetzen. Beispielsweise wird in einer Geschäftsstelle für die interne Kommunikation G.711 benutzt. Sollen Verbindungen zwischen unterschiedlichen Unternehmensstandorten Verbindungen aufgebaut werden, übersetzen die Gateways die G.711 codierten Gespräche beispielsweise in G.729 codierte Datenströme. Dadurch wird eine nicht unerhebliche Menge an Bandbreite (pro Datenstrom bis zu 54 kbit/s) eingespart. Am anderen Ende der Verbindung, im Empfangsstandort, werden die ankommenden G.729 Gespräche über ein Gateway wieder in G.711-Signale umkonvertiert und anschließend zum betreffenden Endgerät im internen Netz weitergeleitet. Die Umcodierung in den Gateways spart zwar Übertragungsbandbreite ein, hat jedoch den Nachteil, dass sich die Sprachqualität verringert. Dies bedeutet: Die Qualität eines solchen umcodierten Gesprächs wird nie besser sein, als die vom G.729 Codec zur Verfügung gestellte Signalqualität. Dabei ist es völlig unerheblich, ob die Endteilnehmer einen besseren Codec (G.711) nutzen. Das Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk 5

8 Gateway bestimmt mit seinem Codec die Ende-zu-Ende-Sprachqualität. An geeigneten Analysepunkten im Netzwerk (beispielsweise Eingang Ausgang der Mediagateways), lassen sich die Umcodierungen darstellen. Der eingehende G.711- und der ausgehende G.729 Verkehr werden hierbei aufgezeichnet und miteinander korreliert. Anmerkung: In der Praxis lässt sich die Qualität der eigentlichen Umkodierung mit Hife einer passiven Messung nicht überprüfen. Hierfür muss man auf eine VoIP-Simulation, wie sie das Programm TraceSim VoIP zur Verfügung stellt, zurückgegriffen werden. VoIP-Analyse In lokalen Netzwerken kann ein VoIP-Administrator mit Hilfe eines speziellen VoIP-Analysators die zur Verfügung stehende Bandbreite, die Qualität der Sprachübertragung, durch die Kontrolle der relevanten Netzwerk-Parameter (beispielsweise Auslastung, Paketverluste und Verzögerungen) kontrollieren. Ein Netzwerk-Analysator ist in der Lage, automatisch die jeweiligen VoIP-Verbindungen (H.323 und SIP) zu erkennen, den Status aller VoIP-Anrufe anzuzeigen, die VoIP-Informationen (Verbindungslisten, Verbindungsdetails und Qualitätsparameter) einzelner Verbindungen darzustellen, automatisch die Sessions (RTP-Daten mit Darstellung der Qualitätsparameter) zu erkennen, die Traces mit bitgenauer Dekodierung sowie Anzeigen von Informationselementen darzustellen, die Signalisierungen als Pfeilablaufdiagrammen darzustellen, die RTP/RTP-Sessions zu erkennen und die dazu gehörigen Pakete (inklusive der Nutzinformationen) anzuzeigen, Traces nach den vom Administrator vorgegebenen Kriterien zu filtern, Diagramme über das Lastverhalten der beteiligten Stationen zu generieren, Aufzeichnungsstatistik (Netzwerk-Verkehrsdiagramme, Kreisdiagrammen mit Protokollverteilung, Top- Talker-Listen) zu erstellen, automatisch eine Qualitätsbewertung der Verbindungen vorzunehmen, den R-Faktor und den MOS-Wert nach dem E-Modell (ITU-T Rec. G.107) zu ermitteln, grafisch die individuellen Qualitätsmerkmale (Inter-Arrival-Time, Jitter und Kommunikationsmuster) darzustellen. 6 Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk

9 Abb. 1.4: Typischer Screenshot von TraceView 3Q Typische VoIP-Probleme Durch die menschliche Wahrnehmung der Sprache gehört VoIP zu den übermittlungssensitiven Anwendungen und setzt gewisse Bedingungen im Netzwerk voraus. Zu den wichtigen Netzparametern gehören die verfügbare Bandbreite, die Paketverluste, die Verzögerung und der Jitter. Bandbreite Als effektive Bandbreite bezeichnet man die Bandbreite, die über den gesamten Netzwerkpfad (Endezu-Ende) zu einem bestimmten Zeitpunkt für die betreffende Anwendung, beziehungsweise den jeweiligen Datenfluss zur Verfügung steht. In einem Netzwerk, beziehungsweise bei Netzwerkverbindungen, verändert sich die effektive Bandbreite permanent. Sie ist von der Anzahl gleichzeitiger Datenströme abhängig. In den meisten Fällen wird diese durch einige wenige überlastete Netzverbindungen oder Koppelelemente bestimmt. Die verfügbare Bandbreite wird in Bit/s gemessen und muss ausreichend sein, um die Daten erfolgreich vom Sender zum Empfänger zu transportieren. Steht nicht genügend Bandbreite zur Verfügung, kann es zu Jitter und Paketverlusten führen. Die benötigte Bandbreite ist abhängig von dem gewählten Sprachcodec. VoIP stellt hohe Anforderungen an die verfügbare Bandbreite. Daher ist es notwendig, dass der VoIPAdministrator sein Netz und die darin vorherrschenden Bandbreitenbedingungen kennt. Ein VoIP-Analysator stellt die jeweiligen Bandbreitenbedingungen dar und der VoIP-Administrator kann auf einen Blick die sich verändernden Bandbreitenbedingungen erkennen. Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk 7

10 In TraceView 3Q wurden spezielle Graphen integriert, die in der Lage sind, die Anzahl der parallelen Verbindungen in Relation zur Bandbreite darzustellen. Außerdem lassen sich zu den Graphen der Qualitätsbewertung die jeweiligen Bandbreitenverbräuche einblenden. Durch diese Korrelation lassen sich Fehler, die ihre Ursachen in mangelnder Verbindungsbandbreite haben, unverzüglich ermitteln. Paketverluste Paketverluste kommen in jedem Netzwerk vor und stellen die Norm dar. Die Paketverlustrate gibt den prozentualen Anteil an verloren gegangenen Datenpaketen auf einer Übertragungsstrecke wieder. Die Paketverluste sind in der Regel auf Verstopfungen im Netz (hoher Füllgrad der Warteschlangen in Routern/L3 Switches) zurückzuführen. Zur Vermeidung von Paketverlusten sind Priorisierungsmechanismen im Netz zu implementieren. Paketverlustraten bis zu 5 Prozent sind bei äquidistanten Paketverlusten und nicht komprimierenden Codecs kaum störend wahrzunehmen. Übersteigen die Verluste 5-10 Prozent der übermittelten Pakete, verschlechtert sich die Sprachqualität signifikant. Die heute genutzten Netzwerkprotokolle kompensieren in der Regel auftretende Paketverluste. Beim TCP- Protokoll wird beispielsweise ein verloren gegangenes Paket nach einer gewissen Verzögerung erneut übertragen. In den VoIP-Mechanismen und den darunter liegenden RTP/UDP-Protokollen sind Sendewiederholungen nicht vorgesehen. Die Paketverluste müssen somit bei VoIP (in gewissen Maß) auf andere Art und Weise kompensiert werden. Voice over IP-Anwendungen nutzen die so genannte Packet Loss Concealment (PLC) Technik zur Unterdrückung der Auswirkung von Paketverlusten. Kurzfristige Aussetzer im digitalen Datenstrom werden dadurch überbrückt. Die Aufgabe der PLC-Technik im Empfänger besteht darin, eine möglichst gute Schätzung des fehlenden Signalabschnitts zu generieren und somit die hörbare Störung möglichst gering zu halten. Die dabei erzielbare Qualität hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere von der Länge des verlorenen Segments, der Stationarität des Sprachsignals zum Zeitpunkt des Verlustes, sowie der Menge verfügbarer Information von den umliegenden Sprachrahmen. Die Ersetzung verlorener Sprachrahmen wird im Falle stark komprimierender Sprachcodecs noch dadurch erschwert, dass es aufgrund der Abhängigkeiten zwischen aufeinander folgenden Rahmen zu Fehlerfortpflanzung über die verlorenen Rahmen hinaus kommt. Das einfachste PLC-Verfahren ersetzt die verlorenen Daten durch Stille. Aufwändigere Verfahren halten den letzten übertragenen Ton oder versuchen den Ton zu interpolieren. Ältere Systeme nutzen die so genannte Waveform Substitution, wodurch die verloren gegangenen Signale durch künstlich erzeugte Ersatzsignale aufgefüllt werden. Dieses Verfahren führt bei hohen Paketverlusten jedoch oft zu einer unnatürlichen Roboterstimme. Neuere Algorithmen interpolieren die entstandenen Signallücken und erzielen eine bessere Klangqualität. Diese geht jedoch auf Kosten der hierfür notwendigen Rechenkapazitäten. Im Allgemeinen können Aussetzer mit einer Länge von bis zu 30 ms, bzw. mit einer Verlustrate von bis zu 20 Prozent überbrückt werden, ohne dass dies der Empfänger wahrnimmt. Mit Hilfe eines VoIP-Analysators wird die Anzahl der verlorenen gegangener Pakete angezeigt und diese in Echtzeit visualisiert. Durch eine genaue Ursachenforschung kann auf Basis der aufgezeichneten VoIP-Pakete die notwendigen Maßnahmen eingeleitet werden, um die Paketverluste im Netzwerk zu reduzieren. 8 Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk

11 Der VoIP Analysator TraceView 3Q der Firma Nextragen GmbH wertet die aufgetretenen Paketverluste aus. Dabei werden die aufgetretenen Paketverluste grafisch hervorgehoben. Man erkennt dadurch auf einen Blick, in welchen VoIP-Verbindungen Pakete verloren gegangen sind. Auch wird die Verteilung der Paketverluste analysiert, denn zusammenhängende Paketverluste haben einen hohen Einfluss auf die Sprachqualität. Abb. 1.5: TraceView 3Q RTP-Fehlerbild Verzögerung Bei der Übertragung von VoIP über ein IP-Netzwerk kommt es zu einer Ende-zu-Ende-Verzögerung der Signale. Die Verzögerung (Delay) wird in Millisekunden gemessen und auch als Latenzzeit oder Latenz bezeichnet. Die Verzögerung ist das Zeitintervall zwischen dem Auftreten eines Ereignisses und dem Auftreten eines erwarteten Folgeereignisses, um das dieses verzögert wird. Beim Dienst VoIP bezeichnet die Verzögerungszeit den Zeitraum zwischen dem Sprechen und dem entfernten Hören der gesprochenen Nachricht. In Netzwerken wird die Verzögerung oft mit dem Begriff Round-Trip-Time (RTT) beschrieben. Der Round-Trip-Delay beschreibt die Gesamtverzögerung, also Hin- und Rückweg zwischen zwei IP-Endpunkten. Bei VoIP-Anwendungen ist der so genannte One-Way-Delay, also die Verzögerung in einer Richtung von Endpunkt zu Endpunkt, von Bedeutung. Die Verzögerung ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Gespräch ungewollte Sprachpausen oder Überschneidungen von Sender und Empfänger entstehen (Echoeffekte). Länger als 150 ms sollte, gemäß der ITU-Empfehlung G.114, die Ende-zu-Ende-Verzögerung nicht andauern. Bei VoIP-Anwendungen wirkt sich in der Praxis eine zu hohe Verzögerung durch eine Verminderung des Quality of Service (QoS) aus. Die Verzögerung eines Datenstromes lässt sich mit Hilfe einer passiven Messung nicht ermitteln. Da die Pakete nur an einem Messpunkt im Netzwerk aufgezeichnet werden, lassen sich keine Messwerte über die Ende-zu-Ende-Verzögerung, sondern nur über die Ankunftszeitvarianzen (den so genannten Jitter) erheben. Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk 9

12 Eine korrekte Verzögerungsmessung erfordert immer eine aktive Messung auf Ende-zu-Ende-Basis. Eine solche Messung liefert TraceSim VoIP. Jitter VoIP-Pakete müssen zu einer bestimmten Zeit und im Idealfall immer in gleichen Abständen beim Empfänger ankommen. Diese Abstände (Zwischenankunftszeiten) sind durch den Sprachcodec festgelegt. In einem IP-Netzwerk kann es jedoch zu Laufzeitschwankungen kommen bzw. verschiedene Pakete benötigen für die Übermittlung über das Netz unterschiedliche Übertragungszeiten. Dieses Phänomen wird als Jitter bezeichnet und kennzeichnet ein spezielles VoIP-Problem, dass die Qualität eines Telefonats beträchtlich beeinträchtigen (holprige Verständigung, geringe Verständlichkeit) kann. Als Jitter bezeichnet man die Zeit zwischen der Soll-Ankunftszeit und der Ist-Ankunftszeit. Diese Zeitdifferenz sollte im Idealfall 0 ms betragen. In den normalen IP-Netzwerken ist immer ein durch die Übertragungskomponenten bedingter Jitter vorhanden. Zur Kompensierung des Jitters nutzen VoIP-Geräte einen Jitter-Puffer. Dieser gleicht die Laufzeitschwankungen durch eine Zwischenpufferung einer bestimmten Anzahl von Paketen aus. Dabei wird jedes empfangene Paket kurzzeitig zwischengepuffert, bevor es an den Empfänger (Applikation) weitergeleitet wird. Im Jitter-Puffer werden die zu spät empfangenen Pakete direkt verworfen. Durch die Kontrollfunktion treten im Jitter-Puffer zusätzliche Verzögerung auf. Jitter-Puffer haben entweder eine feste Größe oder die Größe des Puffers wird dynamisch festgelegt. Letztere Varianten werden auch als adaptive Jitter-Puffer bezeichnet. Diese haben die Fähigkeit ihre Größe dynamisch zu optimieren, um sich optimal an die jeweiligen Verzögerungen/ Datenverluste anzupassen. Sowohl Jitter-Puffer mit einer festen Größe als auch adaptive Jitter-Puffer sind in der Lage, sich automatisch an Verzögerungsänderungen anzupassen. Erfolgt beispielsweise eine schrittweise Veränderung der Verzögerung um 20 Millisekunden, hat dies kurzfristig einige Paketverluste zur Folge. Über diesen Zeitraum justiert sich der Jitter-Puffer jedoch neu und vermeidet somit weitere Datenverluste. Der Jitter-Puffer kann somit als ein Zeitfenster angesehen werden. Auf der einen Seite des Fensters (der frühen Seite) werden die aktuellen Daten erfasst und die andere Seite des Fensters (der späten Seite) repräsentiert die maximal zulässige Verzögerung (nach der ein Paket zu verwerfen ist). Der Jitter-Puffer kann diese jedoch nur innerhalb definierter Grenzen ausgleichen. Überschreitet der Jitter diese Grenzen, kommt es zu Aussetzern im Sprachsignal. Die reinen VoIP-Endpunkte tragen kaum zum Jitter bei. Die häufigsten Ursachen für Jitter sind Verzögerungen (Kampf konkurrierender VoIP-Systeme um bestimmte Übertragungsressourcen) und können zu erheblichen und unvorhersehbaren Schwankungen der Paketverzögerungen führen. Aus diesem Grund ist es wichtig, die zeitliche Abfolge mit einem Messanalysator zu kontrollieren und die Ursache des Jitters zu isolieren. Der VoIP-Analysator führt für jeden RTP-Stream eine separate Jitter- Berechnung vor. In TraceView 3Q werden die einzelnen RTP-Ströme aufgelistet. Für jeden VoIP- Strom werden die Minimalen / Durchschnittlichen / Maximalen Werte des aufgezeichneten Jitters angezeigt. Die Details der RTP-Session ermöglichen die detaillierte Analyse der Jitter-Werte und die zugehörigen Grafiken veranschaulichen den Jitter eines RTP-Stromes im zeitlichen Verlauf. 10 Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk

13 Abb. 1.6: Jitterverlauf über die Zeit Sequenzfehler Die Daten- und Sprachpakete werden über das Netzwerk unabhängig voneinander vom Sender zum Empfänger übermittelt. Daher unterliegen die Pakete individuellen Verzögerungen. Dies gilt auch, wenn alle Pakete exakt über die gleiche Übertragungsstrecke übermittelt werden. Bestehen mehrere parallele Übertragungsstrecken zwischen Sender und Empfänger, kann es vorkommen, dass die Pakete auf den jeweiligen Wegen unterschiedlich lang verzögert werden. Dadurch empfängt der Sender die Datenpakete in unterschiedlicher Reihenfolge. Die Ursache für Sequenzfehler ist meist auf das Routing der Pakete zurückzuführen. Auf dem Weg zwischen Sender und Empfänger werden die Pakete über unterschiedliche IP-Netzwerke/Subnetze übermittelt. Dadurch ergeben sich die unterschiedlichen Verzögerungszeiten. Diese pfadbezogenen Verzögerungen resultieren darin, dass eine geringe Anzahl an Paketen verspätet beim VoIP-Endpunkt eintrifft. In der Regel werden die Pakete in einem Eingangspuffer zwischengespeichert. Dadurch hat der Endpunkt die Möglichkeit, die empfangenen Pakete wieder in die richtige Reihenfolge zu bringen und somit den Originaldatenstrom wieder herzustellen. Bei der klassischen Datenkommunikation stellen Sequenzfehler kein Problem dar. Der Empfänger ordnet die Datenpakete anhand der TCP-Sequenznummer in der richtigen Reihenfolge und übergibt der höheren Anwendung einen korrekten Datenstrom. Aufgrund der Echtzeitbedingungen von VoIP-Systemen müssen Sequenzfehler bzw. Probleme bei der Übermittlung von Sprache über IP-Netze mit einer vollkommen anderen Strategie begegnet werden. Einige VoIP-Systeme verwerfen alle außerhalb der Reihenfolge empfangenen Pakete. Andere VoIP-Systeme verwerfen empfangene Pakete mit Sequenzfehlern nur dann, wenn deren Größe die Länge des internen Puffers übersteigt. Dieses Verwerfen der Pakete hat einen gewissen Jitter und natürlich auch Paketverluste zur Folge. Sequenzfehler wirken sich direkt auf die Sprachqualität aus und verschlechtern das empfangene Signal. Der Sequenzfehlerpuffer ist der gleiche wie der Jitter-Puffer. In einem regulären Jitter-Puffer werden normalerweise drei Pakete zwischengepuffert. Erfolgt eine Vertauschung von Paketen innerhalb der drei im Jitter-Puffer zwischengespeicherten Pakete wird die Vertauschung vom Jitter-Puffer wieder aufgehoben. In allen anderen Fällen wirkt sich ein Sequenzfehler wie ein Paketverlust aus. In der Auswertung von TraceView 3Q werden Sequenzfehler erkannt und grafisch hervorgehoben. Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk 11

14 Abb. 1.7: Sequenzfehler bei TraceView 3Q Qualität der Codecs Bevor ein Telefongespräch auf Basis von VoIP geführt werden kann, muss das analoge Audiosignal in ein digitales Signal umgewandelt werden. Da oft nur eine geringe Bandbreite zur Verfügung steht, ist auch eine entsprechende Komprimierung des Signals notwendig. Dabei wird eine möglichst hohe Sprachqualität bei einer möglichst niedrigen Datenrate angestrebt. Wählt man dabei ein Kodierverfahren mit niedriger Bitrate und hoher Kompression, so ist beim Kodieren und Dekodieren viel Rechenleistung notwendig. Steht diese nicht zur Verfügung, so muss zwangsläufig ein Verfahren verwendet werden, bei dem die Bitrate höher ist. Das Sprachsignal wird beim Sender gemäß seiner Menge erfasst (quantisiert) und kodiert. Danach wird es über das Internet übertragen und beim Empfänger dekodiert, also für die Wiedergabe in ein analoges Signal umgewandelt. Die wichtigste Forderung an das verwendete Kodierverfahren ist: das Signal muss in Echtzeit, das heißt mit minimaler Verzögerung, kodierbar und dekodierbar sein. Das Wort Codec ist ein englisches Akronym der Begriffe Coder und Decoder. Spricht man von einem Codec, so meint man meistens ein Verfahren zum Umwandeln von analogen Sprach- oder Videoinformationen in ein digitales, oft komprimiertes Format. Die Verfahren zur Kodierung eines analogen Signals sind vielfältig und haben sich in den letzten Jahren stark entwickelt. Besonders durch höhere Rechenkapazitäten und höhere Bandbreiten haben sich die Möglichkeiten der Codec-Entwickler verbessert. Weiterhin haben die Entwickler mit vielen Problemen zu kämpfen. So müssen Codecs zum einen ressourcenschonend sein, zum anderen das Originalsignal möglichst originalgetreu wiedergeben. Fehlerhaft übertragene oder ganz fehlende Pakete müssen ersetzt werden, ohne dass sich dies negativ auf die Signalqualität auswirkt. Die Methoden hierfür sind vielfältig. Einige Codecs setzten auf das Auffüllen dieser Lücken mit einfachem Rauschen, andere, aufwendigere, setzen auf Schachtelung der Sprachinformationen in viele Pakete. Geht hier ein Paket verloren, kann der verlorengegangene Inhalt aus den korrekt empfangenen Paketen errechnet werden. Man erkauft sich bei erstgenanntem Verfahren die hohe Performance mit gelegentlich hörbaren Knacksen bei Verlust von Paketen, während man bei dem zuletzt genannten Verfahren bei einem Paketverlust oft eine höhere Verzögerung und eine durch nicht ganz perfekte Auffüllalgorithmen künstlich klingende Stimme hat. Daher müssen bei der Wahl der Codecs in den Endgeräten immer die aktuellen Netzwerkbedingungen beachtet werden. Beispielsweise führt der Einsatz eines G.711 (PCM) Codecs auf einer schmalbandigen Verbindung zu erheblichen Verzögerungen. Dies resultiert, durch das Verwerfen der zu spät empfangenen Pakete (welche als Jitter klassifiziert werden), in einer Minderung der Sprachqualität. Steht in einem Übertragungskanal nur eine geringe Bandbreite (Netto: <64 KBit/s, Brutto: < 85 KBit/s) zur Verfügung, muss ein anderer Codec (mit einer höheren Kompression und somit mit einer geringeren Bandbreitenan- 12 Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk

15 forderung) genutzt werden. Hierfür eignen sich beispielsweise die G.729 oder G.723 Codecs. In der Praxis bieten die heutigen LANs und IP-Netze im Unternehmensumfeld genügend Bandbreite und es werden daher immer die optimalen Codecs genutzt. Werden jedoch externe Gespräche geführt, kann es beim Übergang in das öffentliche Netz schnell zu Bandbreitenengpässen führen. In der Regel entspricht die Bandbreite des DSL-Upstreams nicht der Downstream-Bandbreite. Tritt ein Bandbreitenengpass durch zu viele parallele VoIP/IP-Verbindungen in der Upstream-Richtung auf, muss der Default-Codec G.711 gegen einen schmalbandigeren Codec ausgetauscht werden. Hierfür lassen sich beispielsweise die Codecs G.729a (CS-ACELP), G (MP-MLQ) und G.726 (ADPCM) nutzen. Diese Codecs reduzieren zwar die Sprachqualität, erfordern jedoch für den Transport eine geringere Bandbreite. Standard Algorithmus Erforderliche Bitrate (kbit/s) G.711 PCM 48, 56, 64 G MP-MLQ/ACELP 5,3, 6,3 H.728 LD-CELP 16 G.729 CS-ACELP 8 G.729 Annex A CS-ACELP 8 G.722 Sub-Band ADPCM 48, 56, 64 G.726 ADPCM 16, 24, 32, 40 G.727 AEDPCM 16, 24, 32,40 Die Codecs werden beim Aufbau einer VoIP-Verbindung zwischen den Endgeräten ausgehandelt. Der Systemadministrator kann in den Endgeräten vorkonfigurieren, welche Codecs vom Gerät genutzt werden sollen. Bei einem Aufbau eines Gesprächs verschicken die beteiligten Endgeräte ihre unterstützen Codecs in Form von einer Codec-Liste zu den anderen Teilnehmern. Werden mehrere Codecs unterstützt, sollte der bevorzugte Codec immer an erster Stelle der Liste stehen. Die Endgeräte überprüfen die Liste auf die jeweilig beste Übereinstimmung und nutzen anschließend einen Codec-Standard für die Verbindung. Kann keine Übereinstimmung bei dem Codec zwischen den Endgeräten erzielt werden, kommt das Telefongespräch nicht zu Stande. Die jeweiligen Codecs werden anhand von Identifikatoren unterschieden. Diese Informationen werden in den RTP-Paketen mitgeführt und die Empfangsstation des RTP-Streams weiß, welcher Decoder zur Entschlüsselung des Empfangssignals zu nutzen ist. Die Identifikatoren auch RTP-IDs genannt, werden während der Signalisierung ausgetauscht, so dass die Empfänger der Daten auch den entsprechenden Decoder verwenden. Bei Verwendung eines falschen Codecs, kann das Gespräch nicht korrekt wiedergegeben werden und sämtliche Sprachinformationen gehen verloren. Nutzen zwei miteinander kommunizierende Endgeräte nicht die gleichen Codecs und werden die Sprachinformationen trotzdem richtig wiedergegeben, dann befindet sich mindestens ein Media Gateway zwischen den beiden Endgeräten. Dieser Gateway sorgt für die korrekte Übersetzung der unterschiedlich codierten Signale. Eine solche Codec-Umsetzung reduziert in der Regel die Signalqualität. Aus diesem Grund sollten in einem VoIP-Netz möglichst wenige Codec-Umsetzungen erfolgen. Die Nutzung des richtigen Codecs verbessert die Sprachqualität. Durch die Analyse der Verbindungsinformationen mit Hilfe eines VoIP-Analysators werden Probleme bei der Aushandlung der Codec sichtbar Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk 13

16 gemacht und durch eine Umkonfiguration der aktiven Codecs in den Endpunkten/Gateways die Sprachqualität erheblich verbessert. MOS-Wert und R-Faktor Die Sprachqualität beschreibt, wie gut die Verständlichkeit einer menschlichen Stimme bei Aufzeichnung und Wiedergabe durch eine technische Einrichtung ist. Eine Beurteilung der Sprachqualität ist dabei subjektiv und hängt sowohl von den gegebenen technischen Mitteln, dem Umfeld der Aufnahme, dem Übertragungsweg und dem Umfeld der Wiedergabe ab. Die Bewertung dieser Sprachqualität ist durch Bewertungsmethoden der ITU mit dem Standard P.800 spezifiziert. Das bekannteste Verfahren zur Bewertung der Sprachqualität ist der Mean Opinion Score, kurz MOS. Diese Methode beschreibt die subjektive Wahrnehmung der verschiedenen Prüflinge, z.b. Codecs mit Hilfe einer festgelegten Skala zur Beurteilung der QoS Empfindungswerte. Der MOS-Wert ist ein Wert ähnlich den Schulnoten zwischen eins und fünf. Dabei steht der Wert»1«für eine mangelhafte Sprachqualität, bei der keine Verständigung möglich ist, der Wert»5«hingegen signalisiert eine exzellente Übertragungsqualität, die nicht von dem Original zu unterscheiden ist. Die nachfolgende Tabelle zeigt die gängigsten Codecs und den ermittelten MOS Wert. Die abgebildeten MOS-Werte entsprechen der besten Qualität, die ein Sprachcodec erhalten kann. Codec MOS G.711 4,4 G.729 3,92 G.726 3,85 ilbc 3,8 G.729a 3,7 G ,65 G.728 3,61 MOS bedeutet in seiner Ursprungsform Mean Opinion Score, also durchschnittlicher Meinungswert von Probanten. Da MOS stark subjektiv geprägt ist, sollte man sich nicht auf MOS als alleiniges Kriterium zur Beurteilung von VoIP-Verbindungen verlassen. Das E-Modell (ITU-Empfehlung G.107) beschreibt ein Berechnungsmodell zur Planung und Bewertung der Übertragungsqualität von Kommunikationsnetzen. Anhand dieses Berechnungsmodells wird die dem Nutzer in einer Verbindung zur Verfügung stehende Sprachqualität ermittelt. Das Ergebnis ist eine objektive Bewertung der Übertragungsqualität unter Berücksichtung aller, die Übertragungsqualität beeinflussender Faktoren. Die wichtigsten Parameter des E-Modells werden in der folgenden Tabelle aufgelistet: 14 Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk

17 Parameter Abkürzung Einheit Standardwert Gültiger Bereich Equipment Impairment Factor Ie bis 40 Packetloss Robustness Factor Bpl bis 40 Random Packetloss Probability Ppl % 0 0 bis 20 Der Werte Ie und Bpl sind vom jeweiligen Codec abhängig. Aus diesem Grund muss für die Richtigkeit einer VoIP-Messung der genutzte Codec herausgefunden werden und anschließend die Ie- und Bpl-Faktoren angepasst werden. Der Wert Ppl gibt die Paketverlustrate an. Dieser Wert ist spezifiziert für den Bereich zwischen 0 und 20 Prozent. Das E-Modell verwendet für die Bestimmung der Sprachqualität ein passives Modell. Das Messsystem berechnet aus einem übermittelten VoIP-Strom die für das E-Modell notwendigen Parameter. Nach der Übergabe der Parameter an das E-Modell gibt das Messsystem einen Übertragungsfaktor (R-Faktor) aus. Aus diesen Werten wird eine Vorhersage der Sprachqualität im Bereich 0 bis 100 getroffen, die auf der MOS-Skala abbildbar ist. R-Faktor Qualität MOS 100 ausgezeichnet: Es ist keine Anstrengung nötig, um die Sprache zu verstehen 80 gut: Durch aufmerksames Hören kann die Sprache ohne Anstrengung wahrgenommen werden 60 ordentlich: Die Sprache kann mit leichter Anstrengung wahrgenommen werden 50 mäßig: Es bedarf großer Konzentration und Anstrengung, um die übermittelte Sprache zu verstehen bis 0 mangelhaft: Trotz großer Anstrengung kann man sich nicht verständigen ,6 bis 1 Das E-Model wurde ursprünglich als Planungsparameter für Telefonetzbetreiber entwickelt. Inzwischen hat es sich als Quasi-Standard zur objektiven Beurteilung der Sprachqualität (im Gegensatz zur subjektiven Messmethode des MOS) durchgesetzt. Da sich der R-Faktor direkt auf den aus den Tests generierten Messwerten abbilden lässt, entspricht dieser Wert den realen Verkehrsparametern. Trotzdem ist eine Korrelation mit den MOS-Werten möglich. Der beste zu erreichende theoretische R-Faktor beträgt 100. Dieser Wert berücksichtigt jedoch nicht die genutzten Codecs. Nutzt man beispielsweise einen typischen G.711- Codec in einer Referenzumgebung, kann ein maximaler R-Faktor von ungefähr 93,2 erreicht werden. Die folgenden Ursachen tragen zu einer Verschlechterung des R-Faktors bei: Codec-Typ: Codecs: mit höheren Kompressionsraten weisen normalerweise einen schlechteren R- Faktor auf, Verfügbare Bandbreite: Einschränkung der Übertragungsbandbreite werden durch das gesamte Übermittlungssystem im Übertragungspfad bestimmt, Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk 15

18 Verzögerungen und Jitter: Entstehen im Netzwerk und den Endgeräten und sind bei mobilen WLAN- Telefonen, aufgrund der mangelnden Bandbreite im Funknetz, besonders hoch Paketverluste: entstehen durch physikalische Netzfehler, überlastete Netzwerke und Koppelkomponenten. Ein Analysewerkzeug muss daher in der Lage sein, aktuell aufgezeichneten Gespräche nach beiden Meßmethoden zu beurteilen. Da sich das E-Modell auf die aktuellen Paketparameter der jeweiligen RTP-Session bezieht, repräsentieren die Messung die Qualität des lokalen Netzabschnitts. Der folgende Screenshot zeigt die Details einer VoIP-Verbindung, bzw. von zwei RTP-Streams (ein RTP- Strom in jede Richtung). Für den RTP-Stream wurde ein MOS-Wert von 4,0 in der einen Richtung und ein MOS-Wert von 2,7 in der anderen Richtung ermittelt. Der verringerte MOS-Wert resultiert in einer merklichen Verzerrung der Sprache. Durch die Analyse der Datenströme mit Hilfe von TraceView 3Q ist der Techniker sehr schnell in der Lage, die VoIP-Gespräche zu klassifizieren und deren Übermittlungsqualität zu beurteilen. Damit reduziert sich die für eine eine VoIP-Fehlersuche notwendige Zeit auf ein Minimum. Durch diese Zeiteinsparung können Techniker schneller und gezielter bei der Beseitigung der Fehlerursachen vorgehen. Abb. 1.8: Bewertete RTP-Sessions einer VoIP-Verbindung Aufzeichnung von VoIP-Verbindungen Beim Monitoren des Netzes und dem anschließenden Auswerten der Signalisierungs- und Sprachpakete ist es notwendig, die Daten selektiv aufzuzeichnen. In der Verbindungsliste stellt der VoIP-Analysator alle aufgezeichneten VoIP-Verbindungen mit folgenden Parametern dar: Typ (SIP, H.323, MGCP oder Skinny) Quelle/Ziel Startzeit/Dauer Status der Verbindung (Verbindungsaufbau, Verbindung aktiv, Verbindung beendet) Initiator/Gegenstelle Durch das Markieren einer ausgewählten Verbindung, wird die Signalisierung der Verbindung als Pfeildiagramm dargestellt und zusätzlich die zur betreffenden Verbindung gehörenden RTP-Sessions aufgelistet. 16 Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk

19 Die Paketansicht sorgt für die detailgenaue Darstellung (inklusive der Zeitstempel, der Quell- und Zieladresse, dem Pakettyp) der aufgezeichneten VoIP-Pakete. Wird ein Paket markiert, wird dieses in der Detailansicht dargestellt. Der VoIP-Administrator hat in diesem Darstellungsmodus die Möglichkeit, die jeweiligen Protokolldetails (Header-Informationen und Nutzlasten) des markierten Pakets genauer zu analysieren. Bei den Paketdetails handelt es sich um den eigentlichen Inhalt des Paketes. Der Analysator dekodiert dabei die in den VoIP-Paketen enthaltenen Informationen (Paket-Header der einzelnen Schichten und Payloads), so dass die relevanten Paketdetails auf einen Blick erkannt werden können. Abb. 1.9: Detailansicht eines VoIP-Pakets Filterfunktion Mit Hilfe von Filtern werden die individuellen Kriterien festgelegt, die ein Paket erfüllen muss, um dargestellt zu werden. Es ist besonders darauf zu achten, dass der VoIP-Analysator eine Fülle von unterschiedlichen Filtermöglichkeiten unterstützt. Die Filterfunktion bieten folgende Möglichkeiten: Verbindungsfilter: Zeigen die zu einer Verbindung gehören Information (Signalisierung und RTP- Daten) an, Stringfilter: Selektiert nur solche Pakete, die die eingegebene Zeichenkette enthalten. IP/MAC-Filter: Stellt nur Pakete mit der vom VoIP-Administrator festgelegten IP/MAC-Adresse dar. Protokoll-Filter: Damit lassen sich die verschiedenen Pakettypen auswählen, um diese nach der Filterung in der Protokollübersicht darzustellen: Alle TCP/IP Pakete Nur TCP- Pakete Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk 17

20 Nur UDP- Pakete Nur VoIP-Pakete Durch Kombination der Filter ist eine noch genauere Selektion der gewünschten Pakete möglich. Durch flexible Filtereinstellungen werden nur solche Pakete bzw. Paketinhalte angezeigt, die den spezifischen Anforderungen des Nutzers entsprechen. So lassen sich beispielsweise aus einem Datenstrom nur solche Pakete ausfiltern die eine bestimmte Telefonnummer enthalten bzw. anhand der Telefonnummer nur die entsprechenden fehlerhaften Verbindungsdaten anzeigen. Aufzeichnung der Sprache Anhand des MOS-Werts und des R-Faktors lassen sich die technischen Qualitätskriterien eines VoIP-Stroms ermitteln. Um die übermittelte Sprache jedoch nach subjektiven Nutzerkriterien beurteilen zu können, ist es unter Umständen notwendig, das betreffende Telefongespräch wiedergeben zu können. Hierzu stellt ein VoIP-Analysator die Möglichkeiten zur Aufnahme und Wiedergabe der übermittelten Sprache zur Verfügung und eröffnet durch ein einfaches Anhören der übertragenen Sprachsignale die Möglichkeit zur Beurteilung der realen Sprachqualität. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die aufgezeichnete RTP-Session (individuell für beide Richtungen) zu dekodieren. Das RTP-Fehlerbild ermöglicht eine schnelle Einschätzung der Session-Qualität über die gesamte Dauer der Session. Abb. 1.10: Audio-Diagramm Auch die Anzeige der RTCP-Informationen einer RTCP-Session dient der Analyse der übermittelten Datenströme. Dabei werden jeweils die Paket-Nummern, die Zeitstempel, die absolute Zeit, die Zwischenankunftszeit, der RTCP-Type (Sender Report, Receiver Report,...), der RTCP Zeitstempel, der Packetund Octet-Count, Fraction Lost, Packet Loss, Extended High Sequence Received, IA Jitter, Last SR, und Delay SR dargestellt. Die mit Hilfe des Trafficlyser TraceView 3Q ermittelten Details einer RTP-Session weisen in der Regel bereits direkt auf den Fehler hin. So werden beispielsweise Paketverluste oder ein zu hoher Jitter dargestellt. Da der von Nextragen entwickelte Trafficlyser TraceView 3Q speziell für den VoIP-Bereich entwickelt wurde, müssen für das Auffinden von VoIP-spezifischen Fehlern keine speziellen Einstellungen vorgenommen werden. 18 Fehlersuche und Analyse im Voip-netzwerk