Voice-over-IP: Zusammenwachsen von Telekommunikation und IT. Dipl.-Ing. Kai-Oliver Detken WWL vision2_market GmbH, Bremen, 14.

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1 Voice-over-IP: Zusammenwachsen von Telekommunikation und IT Dipl.-Ing. Kai-Oliver Detken WWL vision2_market GmbH, Bremen, 14. Dezember 2000

2 Inhalt des Vortrags Anforderung an heutige Netze Funktionalität IP-Komponenten Szenarien Ausblick 2

3 Anforderung an heutige Netze

4 Anforderung an heutige Netze Hohe Bandbreiten im Backbone bzw. zu den Clients Quality-of-Service (QoS): End-to-End-Verbindung Adressenflexibilität Sicherheits- und Abrechnungsmechanismen Skalierbarkeit Universelle Connectivity Weiterverwendung von Legacy LAN/WANs Getrennte Unterstützung von Diensten und Netzwerk Verfügbarkeit von Applikationen Integration neuer Dienste Einfache und flexible Verwaltung und Konfiguration 4

5 Spezielle Anforderungen Infrastruktur hohe Verfügbarkeit für Backbone und Server steigende Datenraten niedrige Verzögerungen Konvergenz von Sprache und Daten Integration unterschiedlichster Protokolle Betrieb dynamisch angepaßte Bereitstellung und Aufteilung der Ressourcen Vorhersagbarkeit des Netzverhaltens Management 5

6 Voice-over-IP und IP-Telephonie 6

7 Voice-over-IP (VOIP) Komprimierungsverfahren halten die Bandbreite und die Laufzeiten gering (G.723.1, G.728, G.729) IP-Gateways ermöglichen die Kommunikation mit herkömmlichen TK-Netzen (PSTN, ISDN) Preiswerte Anbindung an weltweite Außenstellen Overhead beträgt bei kleinen Paketen ein Vielfaches von den Nutzdaten! VOIP kann bereits heute in Corporate Networks / Intranets eine akzeptable Qualität erzeugen Unterschiedliche Ausrichtung der Hersteller (siehe z.b. Siemens, Cisco und TEDAS) 7

8 Übertragung von Sprache auf IP-Netzen PCM - Coder Kompression PCM Coder Sprach Kompression DSP 3,8 khz analog 64 kbit/s PCM Signal 8 kbit/s kompremiert Paketierung IP - Pakete 8

9 Verzögerung in Datennetzen Subnet Access Delay Router / WAN Delay Audio Codec / Paket Delay ms 0-60 ms Jitter Buffer Delay ms Sync Buffer Delay ms Audio Codec Delay ms ms Sender Netz Empfänger Ende zu Ende Verzögerung 140 ms 1720 ms 9

10 Overhead Beispiel mit NetMeeting im LAN: 14 Oktett Ethernet Link Header 20 Oktett IP-Header 8 Oktett UDP Header 16 Oktett RTP Header (Minimum) 20 Oktett Voice Data 2 Oktett Link Trailer (FCS) 2 Oktett Start + Ende Flag = 82 Oktett Paket Länge Gesamt 76 % Paket-Overhead + Protokoll-Overhead F Link-Header IP-Header UDP RTP Voice Data LT F Oktett

11 Übertragung versus Übertragungszeit Bisher wurde fehlerfreie Übertragung eines IP-Pakets überprüft Jetzt muß die maximale Übertragungszeit eines IP-Pakets garantiert werden! ITU-T G.114: max. 250 ms (hohe Qualität) max. 400 ms (mittlere Qualität) max. 600 ms (noch tolerierbar) Je kleiner die Anschlußgeschwindigkeit, desto kleiner sollten die Datenblöcke sein 11

12 Technische Daten, Teil 1 Verzögerung (Delay) normales Telefon: 10 ms / kmeile G.729: 10 ms Rahmenerzeugung + 5 ms Kopfgenerierung + 10 ms Berechnung = 25 ms Algorithmus-Verzögerung in einer Richtung G.723.1: 100 ms in einer Richtung Jitter Puffer: ms Schlechte Implementierung: 400 ms in PCs Jitter: Class-/Quality-of-Service notwendig, kürzere Pakete Rahmenlänge: 9 kbyte bei 64 kbit/s = 1,125 sec; kleinere MTU bedeutet, dass große Pakete fragmentiert werden Verlorene Pakete: verlorene Pakete werden durch Silence (Stille) ersetzt; extrapoliert wird vorherige Wellenform 12

13 Technische Daten, Teil 2 Echo Cancellation: evtl. inklusive Echo Unterdrücker Silence Surpression: Sprachpausenunterdrückung Adressübersetzung: Telefon zu IP - Directory Service Telefon-Signalisierung: verschiedene PBX haben unterschiedliche Signalisierung (siehe Q.SIG)! Bandbreitenreservierung: RSVP wird benötigt! Multiplexing: Sub-Kanal Multiplexing ermöglicht mehrere Voice Calls in einem Paket Security: Firewalls könnten VOIP-Verkehr ablehnen! Sprachkompression: Reduzierung der Belastung 13

14 Komponenten und Funktionalitäten 14

15 Wichtige Standards für VoIP H.323 ist ein internationaler ITU-Standard Zuständig für die Signalisierung zwischen Voice- und Videogeräten in paketorientierten Netzen H.450 ist ein optionaler Bestandteil von H.323 H.450 legt Zusatzdienste aus der herkömmlichen Telephonie fest, wie Anrufweiterleitung, Namensanzeige und Rückruf. G.711 Audiokompressionsstandard für digitale Telefone mit einer Bandbreite von 64 kbit/s. G.711 Geräte können nicht mit G.723 Geräte kommunizieren! G Audiokompressionsstandard für digitale Telefone mit einer Bandbreite von 6,4 kbit/s. Session Initiation Protocol (SIP) Ermöglicht das initialisieren, modifizieren und beenden von Sitzungen mit einem oder mehreren Teilnehmern 15

16 H.323 Architektur Gatekeeper MCU H.323 Zone Gateway Terminal S 2 M ISDN S 0 16

17 Terminal Client für Echtzeit Kommunikation (z.b. IP-Telefon, Videokonferenz-Software) VoIP-Unterstützung notwendig, Video und Application-Sharing optional Punkt-zu-Punkt Kommunikation 17

18 Gatekeeper Adress Translation (z.b. Realname IP-Adresse) Zugangskontrolle von Konferenzteilnehmer (User muss sich authentifizieren) Bandbreitenkontrolle ( z.b. Beschränkung der Bandbreite eines Teilnehmers / Konferenz) Verwaltet alle Terminal-Komponenten Baut Verbindungen zu Terminals und Gateways auf und ab Protokolliert alle Vorgänge Verwaltet ergänzende Dienste (Supplementary Services) wie Halten, Makeln, Weiterleiten, Konferenzen,... Soll in der Zukunft Load-Balancing kontrollieren und für definierte Bandbreite sorgen 18

19 Gateway und MCU Gateway Stellt ISDN-seitige Anbindung her Wandelt LAN-interne Formate in passende ISDN-Formate Verwaltet u.u. mehrere Controller pro Gateway-Rechner Multipoint Control Unit (MCU) Ermöglicht Videokonferenz mit drei oder mehr Teilnehmern gleichzeitig Entscheidung der zu verwendenden Codecs Verwaltung der Konferenz-Ressourcen 19

20 Beteiligte Protokolle bei H.323 Audio Applikationen G.711 G.722 G.723 G.728 G.729 RTP Video Applika tionen H.261 H.263 RTCP Terminal Kontrolle und Management Terminal zu Gatekeeper Signalisierung RAS H Q.931 Verbindungs Signal (Call Setup) H.245 Kontrollkanal Daten T.124 T.125 Unzuverlässiger Transport (UDP) Netzwerk Layer (IP) Link Layer (IEEE 802.3) Zuverlässiger Transport (TCP) T.123 Physikalischer Layer (IEEE 802.3) 20

21 Session Initiation Protocol (SIP) Application Level Signaling Protocol Ermöglicht das initialisieren, modifizieren und beenden von Sitzungen mit einem oder mehreren Teilnehmern Überträgt Sitzungsbeschreibungen (Media Type) für Kapazitätsverhandlungen der Teilnehmer Unterstützt Mobilität durch Proxy und Umleitung Erlaubt Multipoint Control Unit (MCU) oder komplett vermaschte Verbindungen Gateways können SIP nutzen, um einen Call zwischen ihnen zu initialisieren 21

22 Session Initiation Protocol (SIP), Teil 2 SIP arbeitet in Verbindung mit anderen IP-Protokollen: RSVP zur Reservierung der Netzwerkressourcen RTP/RTCP/RTSP zur Übertragung von Echtzeitdaten Session Announcement Protocol (SAP) zum Anzeigen von Multimedia-Sitzungen Session Description Protocol (SDP) zur Beschreibung von Multimedia-Sitzungen SIP kann auch dafür verwendet werden, welche Sitzung durch H.323 erreicht werden kann, indem eine H.245- Gateway/User-Adresse gefunden wird SIP verwendet UDP oder TCP 22

23 Szenarien 23

24 Verschiedene Szenarios Szenario 1: PC zum PC PC mit Soundkarte IP Telephony Software: CU-SeeMe, Internet Phone,... Video ist optional einsetzbar (z.b. über NetMeeting) Szenario 2: PC zum Telephon Eine Gateway wird benötigt, um das IP-Netz mit dem TK-Netz zu verbinden (Router zur PBX) Szenario 3: Telephon zum Telephon mehrere Gateways werden benötigt Internet oder Intranet kann als IP-Netz verwendet werden TK-Netz kann eine eigene PBX sein oder ein Carrier Switch 24

25 VOIP-Gesamtarchitektur Router Internet/ Intranet Router Telefonnetz VOIP- Gateway VOIP- Gateway PBX PBX Telefon Fax Telefon Fax 25

26 Voice over IP für Außenstellen 1750 V PSTN PBX 4 Analog Devices Ethernet QoS WAN (Intranet) 3640 BRI or PRI Trunks V Internet VPN Branch Office Headquarters 26

27 PBX Connectivity PBX PSTN PBX 2600 V QoS WAN (Intranet) 3640 BRI oder PRI Trunking V Branch Office Headquarters 27

28 Ausblick 28

29 Strategie 1. Kurzfristig Beseitigung der Bandbreitenprobleme im Backbone Beseitigung der Bandbreitenprobleme im WAN Einsatz VoIP-fähiger Komponenten 2. Mittelfristig Einführung von VoIP an einigen Standorten Gateway IP-TK-Systeme Rufnummernplan 3. Langfristig Gateways und IP-TK-Anlagen: Vollständiges Roll-Out Mehrwertdienste im Netz Least Cost Routing Integration in bestehende Management-Tools Billing & Accounting 29

30 Dankeschön für ihre Aufmerksamkeit Business URLs: Private URL: WWL vision2_market GmbH Goebelstraße 46 D Lilienthal/Bremen Tel.: 04298/ Fax: 04298/

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