Voice over IP Die Technik

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1 Anatol Badach Voice over IP Die Technik Grundlagen und Protokolle für Multimedia-Kommunikation 2., überarbeitete und erweiterte Auflage HANSER

2 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 Internet-Telefonie Erweiterung von ISDN mit einem IP-Netz IP-Netz als Backbone für PSTN/ISDN Ein lokales Netzwerk als IP-TK-Anlage Evolution der Mobilfunknetze Aufbau der Mobilfunknetze nach GSM Aufbau von GPRS Konzept von UMTS 19 Vereinfachte Architektur von UMTS 20 UMTS-Ausbau und IMS VoIP und Konvergenz der Netze Von Singleservice-Netzen zum Multiservice-Netz Integration von Internet mit Intelligent Network 25 PINT 25 SPIRITS Trend zu Next Generation Networks Konzept von Parlay/OSA Konzept von JAIN VoIP-Aktivitäten bei Standardisierungsgremien, Konsortien und Foren IETF und Internet-Standards 38 Organisation der IETF 39 Working Groups mit VoIP-Aktivitäten ITU-T und Telekommunikationsstandards 41 Organisation des ITU-T 41 VoIP-betreffende SGs beim ITU-T 42

3 VI Inhalt ETSI und VoIP VoIP-betreffende Konsortien und Foren Schlussbemerkungen 45 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 65 TCP/IP- und VolP-Protokolle Protokollfamilie TCP/IP Prinzip der Kommunikation im Internet Bildung von IP-Paketen Prinzip der Kommunikation im Internet Interpretation von IP-Adressen Zweistufige Adressierung Regeln beim Absenden von IP-Paketen Internet-Protokoll IP Protokoll TCP Interpretation einer TCP-Verbindung Auf-und Abbau einer TCP-Verbindung Einsatz von DNS Aufbau des DNS-Namensraums Prinzip der Namensauflösung Protokolle für VoIP Bedeutung des Protokolls SCTP SCTP versus UDP und TCP SCTP-Assoziationen 90

4 VII 3.8 ENUM-Konzept Bildung von ENUM-URIs aus E.164-Rufnummern Bestimmung des NAPTR Resource Records Nutzung der Internet-Dienste beim ENUM-Einsatz Schlussbemerkungen 97 4 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 derip-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 mitrtp/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 148

5 VIII Inhalt Bedeutung einer RTP-Session RTP/RTCP und TCP/UDP/IP Konzept und Funktionen von RTP Aufbau von RTP-Paketen Payload-Typen Translator und Mixer Translator-Einsatz Mixer-Einsatz Protokoll RTCP Funktion von RTCP Typen der RTCP-Pakete Struktur der RTCP-Pakete Sender Report (SR) 161 Angaben im SR-Header 163 Sender-Informationen 163 Angaben in Report Blocks Receiver Report (RR) Abschätzung von QoS-Parametern Garantie der Isochronität Abschätzung von Jitter Abschätzung des Round-Trip Delay 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 Bearbeitungeines 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 Decompression nach CRTP Besonderheiten von ROHC Schlussbemerkungen 193

6 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 vorder Audio/Video-Übermittlung Schritte nach der Audio/Video- Übermittlung Fast Connect Prozedur 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 245

7 VoIP mit dem Protokoll SIP Allgemeines über SIP SIP und die Protokolle TCP/UDP/IP SIP-Besonderheiten Einfacher SIP-Verlauf zwischen zwei IP-Telefonen Beispiele für den SIP-Einsatz Einsatz eines Proxy-Servers Einsatz eines Redirect-Servers Anrufweiterleitung mit SIP Anrufverzweigung mit SIP Einsatz eines Voic -Servers SIP-Nachrichten und -Adressen Request-Typen Response-Klassen Aufbau von SIP-Nachrichten 262 Struktur von SIP-Requests 262 Struktur von SIP-Responses 262 Message Body Struktur von SIP-Adressen Betriebsarten bei SIP Proxy-Mode und Redirect-Mode Einsatz von Proxy- und Redirect-Server SIP-Verlauf im Proxy-Mode SIP-Verlauf im Redirect-Mode Registrierung der Lokation von Teilnehmern Spezielle Dienstmerkmale mit SIP Verzweigung ankommender Anrufe Anrufweiterleitung bei Besetzt Anrufweiterleitung zum Voic -System 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 286

8 XI 8 VolP-Gateways: Konzepte und Protokolle VoIP und klassische Systeme für Sprachkommunikation Konzept von MGCP Grundbegriffe bei MGCP MGCP-Commands MGCP-Responses Auf- und Abbau einer RTP-Session nach MGCP Protokoll Megaco Konzept von Megaco Megaco-Commands Auf- und Abbau einer RTP-Session nach Megaco Megaco und Integration von VoIP mit ISDN Schlussbemerkungen Vernetzung von VolP-Zonen und Telefonie-Routing Typische Probleme bei VoIP Routing ankommender Anrufe aus dem ISDN/PSTN Routing abgehender Anrufe Konzept und Einsatz von TRIP Bedeutung von TRIP TRIP-Protokoll als Bruder von BGP Vernetzung von VolP-Zonen mit H Routing abgehender Anrufe zwischen H.323-Zonen Routing abgehender Anrufe aus dem ISDN zu einer H.323-Zone Vernetzung von VolP-Zonen mit SIP Routing der Anrufe zwischen VolP-Zonen mit SIP Routing ankommender ISDN-Anrufe zu VolP-Zonen mit SIP Schlussbemerkungen Migration zum VolP-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 330

9 XII Inhalt Arten der Vernetzung von TK-Anlagen 331 Vernetzung von TK-Anlagen mit zentraler Anrufsteuerung 332 Vernetzung von TK-Anlagen mit verteilter Anrufsteuerung Standortübergreifende hybride VoIP-Systemarchitekturen 333 VoIP-Systemarchitekturen mit zentraler Anrufsteuerung 334 VoIP-Systemarchitekturen mit verteilter Anrufsteuerung Reine VoIP-Systemarchitekturen Reine VoIP-Systemarchitektur am Einzelstandort Verkabelung für die Unterstützung von VoIP 340 Getrennte Sprach-und Datenverkabelung 340 Gemeinsame Sprach-und Datenverkabelung Standortübergreifende reine VoIP-Systemarchitekturen 342 VoIP-Systemarchitektur mit zentraler Anrufsteuerung 342 VoIP-Systemarchitektur mit verteilter Anrufsteuerung Auswahl einer VoIP-Systemlösung Hauptschritte bei der Migration zu VoIP Ist-Analyse bei der Migration zu VoIP 351 Organisatorische Aspekte der Ist-Analyse 351 Technische Aspekte der Ist-Analyse Anforderungen an VoIP-System 355 Organisatorische Anforderungen 355 Technische Anforderungen Komponenten des VoIP-Systemkonzeptes VoIP in kleinen Büros und privaten Haushalten Internet-Telefonie und private IP-Adressen Bedeutung von STUN Koexistenz der Internet-Telefonie mit herkömmlicher Telefonie Verlauf der Internet-Telefonie mit SIP bei NAT Schlussbemerkungen 367 Literatur, Standards, Webquellen 369 Abkürzungsverzeichnis 377 Index 383

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