Protokollanalyse bei VoIP

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1 Protokollanalyse bei VoIP 1. Einführung 2. Protokoll Stack H Protokollanalyse in VoIP-Umgebung Funktionelle Analyse Paketanalyse 4. Dimensionierungsaspekte bei VoIP Jitter-Theorie Bandbreite bei H.323-Verbindung Qualitative and quantitative Analyse 5. Zusammenfassung mit Ausblick

2 1. Einführung Protokolle für VoIP H.323 SIP Beispiele für VoIP-Systeme HiPath 5500 von Siemens AG (H.323) OpenScape von Siemens AG (SIP) Innovaphone IP von TLK Computer GmbH Gateways von Cisco, Lucent, Apolio, Selsius u.a. Anforderungen an die Dienstqualität im Netz end-to-end delay jitter delay packet loss packet order

3 1. Einführung: VoIP-Architektur VoIP- Terminal VoIP- Terminal VoIP- Terminal LAN VoIP- Gatekeeper VoIP- Gateway MCU PSTN QoS LAN N-ISDN B-ISDN VoIP- Terminal VoIP- Terminal VoIP- Terminal VoIP- Terminal

4 2. Protokoll Stack H.323: Schichtenmodell Video Application Audio Application System Control User Interface Data Application Video Codec H.261, H.263 RTP Audio Codec G.711, G.722, G723.1, G.728 RTCP H RAS Control H Call Signal. H.245 T.124 T.125 T.120 UDP TCP Network Layer / IP Link Layer Physical Layer

5 2. Protokoll Stack H.323: Verbindungsphasen Client A Gatekeeper H H.245 Gespräch H.245 H Client B

6 3. Protokollanalyse: Testumgebung Funktionsgenerator Hewlett Packard A Internetwork Analyzer Wandel&Goltermann DominoPlus DA-360 HiNet RC 3000 V1.1 Gatekeeper Digitalzähler Phillips PM 6612 counter/timer t 50 ms Load Trace Signalling Voice LP5100HH LP5100FL Client A (ARES) Client B (HADES)

7 3. Protokollanalyse: Verbindungsaufbau Teil1 Client A Gatekeeper Registration Request 1719 Registration Response Registration Request RAS (H.225.0) Admission Request Registration Response Admission Resp RAS TCP Three Way Handshake 1720 Setup Call Proceeding H Alerting (H.225.0) TCP Three Way Handshake Setup Admission Request Admission Resp.1039 Alerting Client B

8 3. Protokollanalyse: Verbindungsaufbau Teil2 Client A TCP H Connect 1040 Gatekeeper Client B 1262 Connect Three Way Handshake 1043 Request: Terminal Capability SET H Response: Terminal Capability Set Ack. TCP 1040 Request: H.245 Master Slave Determination Response: Master Slave Determination = Master Request: Terminal Capability SET Response: Terminal Capability Set Ack. Request: Master Slave Determination Response: Master Slave Determination = Slave

9 3. Protokollanalyse: Gesprächphase 5 sec. Client A H.245 Request (Open Logical Channel) Response: RTCP 1042 / RTP 1043 H.245 H.245 Request (Open Logical Channel) Response: RTCP 1045 / RTP 1046 RTCP Receiver Report RTCP Receiver Report RTP Sprachpakete Gespräch RTCP Sender Report RTCP Sender Report 1043 Client B RTP Sprachpakete 1041 RTCP Receiver Report RTCP Receiver Report sec.

10 3. Protokollanalyse: Verbindungsabbau Client A Gatekeeper Client B H.245 Request (Close Logical Channel) 1043 H H.245 Response (Close Logical Channel) End Session Command Disconnect Release Complete (H.225.0) Release Complete RAS (H.225.0) Disengage Request Disengage Response (H.225.0) Disengage Request Disengage Response RAS (H.225.0)

11 3. Protokollanalyse: Paketbetrachtung Transmission direction Codec Packet Size [Byte] Payload Size [Byte] Frames/ Packet Frame Size [Byte] Frame Duration [ms] Ares Hades G LPFL Ares G Ares LPFL G Ares LPHH G LPFL LPHH G LPHH Ares G LPHH LPFL G LPHH LPFL G ,5 LPFL LPHH G

12 3. Protokollanalyse: Paketbetrachtung Ethernet Sprachdaten LPHH LPFL G.711 RTP UDP IP LPHH LPFL G Ethernet RTP Sprachdaten IP UDP

13 3. Protokollanalyse: Paketbetrachtung Transmission direction Codec kbps Packet Size [Byte] Packets/ Sec BB kbps % Effizienz % 2* Bandwidth/ 10 Mbit/s Delay [ms] Ares Hades G ,25 78,5 82% 1,57 32,00 LPFL Ares G ,33 79,4 81% 1,59 30,00 Ares LPFL G ,25 78,5 82% 1,57 32,00 Ares LPHH G ,25 78,5 82% 1,57 32,00 LPFL LPHH G ,33 79,4 81% 1,59 30,00 LPHH Ares G ,67 71,7 90% 1,43 60,00 LPHH LPFL G ,67 71,7 90% 1,43 60,00 LPHH LPFL G , ,00 43,5 15% 0,87 12,50 LPFL LPHH G , ,33 21,8 30% 0,44 30,00

14 4. Dimensionierung: Jitter-Theorie Jitter steht für Schwankungen der Zwischenankunftszeiten von Paketen. Wichtige Merkmale des Jitters Absolutwert Zeitlicher Verlauf Häufigkeit des Auftretens der einzelnen Jitter-Werte Darstellungen des Jitters Einfachband Kommunikationsmuster

15 4. Jitter-Theorie: Einfachband Das Einfachband stellt die Ankunftszeiten zwischen Paketen (Interarrival Time) bezogen auf die von einer Station ausgesendeten RTP-Pakete Pakete dar. Es wird auch als Station Jitter bezeichnet. Station Jitter Delta Time (ms) 0,025 0,02 0,015 0,01 0, Rel. Time (s)

16 4. Jitter-Theorie: Kommunikationsmuster Kommunikationsmuster (Hintergrundlast 10 %: Paketgröße 256 Byte) Rel. Time [s] RTP Packets RTCP Packets

17 4. Jitter-Theorie: Kommunikationsmuster Station Kommunikationsmuster (64 byte/90%) Zeit [s]

18 4. Jitter-Theorie: Bandbreitebedarf Alerting Call t [s] Setup Connect Disconnect

19 4. Jitter-Theorie: Qualitative/quantitative Analyse Qualitative Bewertung durch subjektive Höreindrücke von Testpersonen Drei Bereiche A: bestmögliche Qualität B: gestörte Kommunikation C: Verständigung unmöglich Veränderliche Netzlast Variable Paketlänge ( Byte + mixed) Variable Belastung (0 100%)

20 4. Jitter-Theorie: Qualitative/quantitative Analysis 100% C 98% 96% Aussetzer 94% Netzwerklast 92% 90% 88% 86% 84% B A Unregelmäßiges Muster auf Analyzer 82% 80% mixed Paketgröße

21 4. Dimensionierung: Resümee Bei einer Hindergrundlast von 0% 90% ist das VoIP-System stabil. Bei einer Hindergrundlast größer als 90% ist eine Kommunikation kaum möglich. Größere Pakete im Hintergrund begünstigen eine VoIP-Kommunikation. Bei Sprachkommunikation weist der Verkehr den CBR Charakter auf. Eine Sprachverbindung mit dem Codec G.711 nimmt ca. 160 kbps der Bandbreite in Anspruch. Eine Sprachverbindung mit dem Codec G nimmt ca. 80 kbps der Bandbreite in Anspruch. Peak-Last bei Signalisierung kann kurzfristig bis zu 35 % der Netzbandbreite in Anspruch nehmen. Soll Effektivität der Übertragung erhöht werden, muss Kapazität des Ausgleichspuffers entsprechend dimensioniert werden.

22 4. Dimensionierung: Bereitstellung von BB Die 75%-Dimensionierungsregel Benötigte BB muss < als die im Netz zur Verfügung stehende BB sein. BB = (Min. BB für Sprache + Min. BB für Video + Min. BB für Daten)/0,75 Der Faktor 0,75 berücksichtigt den zusätzlichen Verwaltungsverkehr. Bei der Bestimmung der minimalen Bandbreite pro Dienst muss die Anzahl der für den Dienst vorgesehenen Clients berücksichtigt werden.

23 5. Zusammenfassung mit Ausblick VoIP als Hauptthema Konstante Paketgröße für Audioübertragung Ab 90% der Hintergrundlast keine fehlerfreie Audio- und Videoübertragung möglich Jitter-Theorie und Qualitätsbeurteilung Qualitätsbeurteilung nach geltendenden QoS-Standards MOS: ITU-T P.800 (August 1996) PSQM: ITU-T P.861 (Februar 1998) PESQ: ITU-T P.862 (Februar 2001) Weitere Untersuchungen unter Verwendung von Multimedialastgeneratoren notwendig

24 Protokollanalyse bei VoIP Danke für Ihre Aufmerksamkeit!