Integration eines SIP Stacks in eine Web-Service basierte VoIP-Lösung

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1 Technische Universität Kaiserslautern Integrated Communication Systems Integration eines SIP Stacks in eine Web-Service basierte VoIP-Lösung Projektarbeit im WS 2003/04 von Franz-Josef Fink Betreuer: Prof. Dr. Paul Müller Dipl.-Inform. Markus Hillenbrand Ge Zhang

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3 Inhalt Inhalt Einleitung Grundlagen VoIP SIP Funktionsweise Beispielszenario SDP RTP Web-Services XML SOAP URI WSDL UDDI In der Praxis Web-Service basierte VoIP-Lösung Problemstellungen Idee Projekt Venice Aufgabe Realisierungsaspekte Voraussetzungen SIP-Stack Nist Jain sip v Sip Communicator SIP-Gateway Anruf von Simple Client nach SIP-Client Anruf von SIP-Client nach Simple Client Gesprächsende durch Simple Client Gesprächsende durch SIP Client Multiuserbetrieb Testbetrieb Weitere SIP Softwaretelefone Siemens optipoint 400 standard SIP Zusammenfassung Ausblick Abkürzungen Abbildungs- und Tabellenverzeichnis Quellenangaben...69 I

4 4 Abstract: Die VoIP-Telefonie setzt sich durch ihre Vorteile im Bereich der Kosten und der Funktionalität langsam, aber sicher immer mehr gegenüber der leitungsgebundenen Telefonie durch. Die Möglichkeit Internettelefonie über Web-Services anzubieten, ist dabei eine neue vielversprechende Lösung, die unter anderem von zugrundeliegenden Signalisierungstechnologien abstrahiert. Um Kompatibilität mit den sehr häufig vorkommenden, auf dem SIP Protokoll beruhenden Systemen zu gewährleisten, wird die Integration eines SIP Stacks auch in die Web-Service basierte Architektur gewünscht. Diese Projektarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Prototyps, des SIP-Gateways, der die Web-Service basierte Lösung um eine SIP-Schnittstelle erweitert. Dazu werden ebenfalls die theoretischen Grundlagen erläutert, eine Modellbildung durchgeführt und die Implementierung getestet.

5 5 Einleitung Mit der rapiden Verbreitung des Internets weltweit und insbesondere der Einführung von Internetflatrates mit zeitunabhängigen Tarifen, hat sich auch ein größeres Interesse an der Internettelefonie, auch Voice over IP (VoIP) genannt, breit gemacht. Diese neue Technologie verwendet zur Übertragung der Sprache anstatt des normalen Telefonnetzes das Internet auch zum Transfer von Telefongesprächen. Internet steht in den meisten Firmen und auch in privaten Haushalten sowieso schon zur Verfügung. Dadurch können enorme Kosten gespart werden, da keine zusätzlichen Telefonleitungen verwendet werden müssen. Für den Gesprächsaufbau der Internettelefonie wurden verschiedene Protokolle entwickelt. Eines davon ist das Session Initiation Protokoll, kurz SIP. Damit ein Telefon die Verbindung per Internet herstellen kann, muss es also zur Sprachübertragung auch noch das Internetprotokoll zum Gesprächsaufbau verstehen. Da sich nebeneinander verschiedene Protokolle durchgesetzt haben, ist es günstig, wenn ein IP-Telefon mehrere verschiedene Protokolle verarbeiten kann. Die Protokolle sind oft sehr komplex und entwickeln sich auch weiter. Deshalb wird bei Internettelefonen eine umfangreiche Software benötigt. Im Projekt Venice wird ein Großteil dieser Funktionalität den Telefonen abgenommen und stattdessen von einem Web-Service zur Verfügung gestellt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich damit, wie dieses auf Web-Service basierte VoIP-Telefonsystem um einen Service, der das SIP-Protokoll versteht, erweitert wird. Im ersten Kapitel werden dazu zuerst alle Grundlagen erläutert. Dadurch wird auf wichtige Begriffe wie Web-Services, VoIP-Telefonie und SIP Protokoll ausführlich eingegangen. Daraufhin wird im zweiten Kapitel erklärt, wie die VoIP-Telefonie über Web-Services funktionieren kann. Dabei wird das Projekt Venice vorgestellt, in dessen Rahmen diese Arbeit durchgeführt wird. Im dritten Kapitel wird aufgezeigt, wie das Projekt um die SIP Funktionalität erweitert wird. Hierzu wird auch der SIP Stack beschrieben, der als Implementierung von SIP die Basis für die Verwendung des SIP-Protokolls in diesem Projekt bildet, und wie dieser in Venice eingebaut wird. Dies geschieht mithilfe der Implementierung eines Gateway-Services, der zwischen externen Telefonaten mit dem SIP-Protokoll und dem Web-Service vermittelt, um ein Gespräch zwischen diesen aufbauen zu können.

6 Grundlagen 6 1 Grundlagen 1.1 VoIP Seitdem 1872 das Telefon zur Sprachübertragung erfunden wurde, hat sich vieles verändert. Während zuerst nur analoge Signale verwendet wurden, stellte sich das Telefonnetz (Public Switched Telephone Network (PSTN)) langsam auf digitale Kommunikation (ISDN) um. Dabei werden die analogen Signale durch Pulse Code Modulation (PCM) in digitale umgewandelt und dann übertragen [1]. Obwohl Quality of Service (QoS) gewährleistet wird, ist die Bandbreite doch sehr teuer, was hohe Gesprächskosten bewirkt. Und auch die Kommunikation erfolgt ineffizient, da für jede Verbindung ein eigener Kanal verwendet werden muss. Im Februar 1995 stellte die israelische Firma Vocaltec, Inc. als erste eine Lösung für diese Probleme in Form einer IP Telefonsoftware vor [2]. Mit dieser wurden die analogen Signale mit speziellen Codecs digitalisiert und komprimiert, wie es auch beim digitalen Telefonnetz üblich ist. Codec ist eine Abkürzung für Coder/Decoder, also ein Programm welches einen Datenstrom oder ein Signal in eine codierte Version transformieren kann und wieder zurück. Anders als bei ISDN werden die kodierten Sprachsignale darauf aber in IP-Pakete zerlegt und mittels Internet verschickt. Beim Gesprächspartner werden die Daten wieder aus den Internetpaketen herausgeholt und dann zu Sprachsignalen dekodiert und ausgegeben. Das Internet bietet den großen Vorteil gegenüber dem normalen Telefonnetz, dass neben der Sprachübertragung auch Video und andere Daten durch Multiplexen viel effizienter verschickt werden können, da es aufgrund der Paketvermittlung nicht verbindungsorientiert arbeiten muss. Die schon vorhandene Struktur des Internets kann um diese Telefonfunktion einfach erweitert werden. Dadurch können auch Kosten enorm gesenkt werden, insbesondere weil Internetverbindungen ohnehin meistens schon zur Verfügung stehen und damit kaum zusätzliche Gebühren anfallen. Nicht nur Installation, sondern auch Wartung und Unterhalt sind günstiger. Deshalb sind nicht nur Privatpersonen, sondern vor allem auch große Firmen an dieser neuen Technik VoIP besonders interessiert. Anfangs war diese Technologie, wie nicht anders zu erwarten, noch nicht weit ausgereift und hatte einige Probleme, welche die allgemeine Akzeptanz erschwerten. Man konnte nur Telefongespräche mit Gesprächspartnern führen, die auch genau die selbe Software verwendeten; außerdem war die Sprachqualität sehr gering, da Quality of Service nicht gewährleistet werden konnte. Die Verbindungen waren nur halbduplex, also man konnte entweder Sprechen oder Hören, aber nicht beides gleichzeitig. Erst später wurde auch auf Übertragung in Vollduplex gewechselt. Heutzutage gibt es viel schnellere Internetverbindungen, besonders durch die Verbreitung von DSL, und auch Router und Gateways, die VoIP Pakete bevorzugt behandeln und damit QoS anbieten können. Dadurch kann man in modernen VoIP Lösungen i. d. R. kaum noch Unterschiede zu normalen Telefongesprä-

7 Grundlagen 7 chen feststellen. Zudem benötigt man nicht mehr unbedingt einen Computer mit Multimediaausrüstung, sondern es gibt auch schon Hardware IP-Telefone auf dem Markt, die sich von klassischen Telefonen kaum unterscheiden und sehr einfach zu bedienen sind. Durch das Verwenden bestimmter Standardprotokolle wie dem Session Initiation Protokoll (SIP) oder H wird auch die Kommunikation verschiedener Produkte möglich gemacht. Des Weiteren existieren Gateways, die zwischen verschiedenen dieser Protokolle vermitteln und die sogar Telefongespräche in das normale PSTN ermöglichen oder auch von dem PSTN durch spezielle Vermittlungsrechner in das Internet. Heutige Heimcomputer sind fast alle mit Soundkarte und Internetanschluss versehen. Viele kostenlose VoIP-Programme, wie zum Beispiel das H.323 verwendende Netmeeting 2, und der SIP verwendende Microsoft Messenger, welche bei dem verbreiteten Betriebssystem Microsoft Windows schon mitgeliefert werden, ermöglichen einer großen Masse von Anwendern die IP-Telefonie. Man benötigt dazu lediglich noch ein Mikrofon und einen Kopfhörer. Firmen wie Indigo Networks 3 bieten jedermann eine kostenlose Verwendung für Internettelefonie mittels SIP. Dabei erhält man eine echte Telefonnummer mit ENUM-Eintrag 4. ENUM ist ein System der Internet Engineering Task Force (IETF), das eine Internetadresse auf eine Telefonnummer des PSTN abbildet. Ruft man eine solche Telefonnummer an, wird das Gespräch erst an ein spezielles Gateway mit dieser Telefonnummer weitergeleitet, dieser sucht dann die zugehörige IP-Adresse heraus und leitet das Gespräch dahin weiter. So ist nicht nur die Kommunikation zwischen SIP-Nutzern möglich, sondern man ist auch von den bisher gebräuchlichen Telefonen aus erreichbar und kann auch kostengünstig in das PSTN telefonieren. Damit steht der weitgehenden Nutzung von VoIP nicht mehr viel im Wege, und die Technologie entwickelt sich in dem rasanten Tempo des Internets weiter. Bei ISDN Telefonen stehen schon viele zusätzliche Funktionen zur Verfügung, die über das reine Gespräch zweier Teilnehmer hinausgehen: die Übermittlung der Rufnummer, Rückruf bei Besetzt, Anklopfen, Rückfragen/Makeln, Dreierkonferenz, Rufnummernanzeige (CLIP), Erreichbarkeit unter mehreren Nummern mit flexibler Aufteilung dieser auf verschiedene Endgeräte, Rückruf bei Nichtmelden, Anrufweiterschaltungsvarianten und Tarifinformationen. VoIP-Telefone bieten ebenfalls viele dieser Funktionen und es ist sogar die Erweiterung durch vielfältige neue Leistungsmerkmale möglich. Besonders praktisch ist, dass man VoIP an allen Orten an denen ein Internetanschluss Verfügung steht verwenden kann. Dadurch kann man auch auf Reisen immer günstig telefonieren oder ist zum Beispiel zu hause und auch am Arbeitsplatz unter der gleichen Nummer erreichbar. Besonders vorteilhaft ist ferner die Verschmelzung von Computer und Telefon. Man vermag außerdem parallel zum Telefongespräch ohne großen Aufwand Dateien, wie Fotos, Musik, Videoclips oder Berichte mitschicken und es lassen sich einfache Telefonplugins in 1 Standard der International Telecommunication Union (ITU) E.164 number (rfc2916)

8 Grundlagen 8 Programme einbauen, zum Beispiel zu einer Service-Hotline. Ein anderer Vorteil besteht in der Videotelefonie, denn die meisten Telefonprogramme unterstützen die Übertragung von Videodaten und man benötigt lediglich noch eine Web-Cam. Funktionen, bei denen hoher Rechenaufwand benötigt wird, wie z. B. Sprachfilter oder Verschlüsselung, kann auch der Computer übernehmen. VoIP stellt also eine neue Generation des Telefonierens dar. Trotzdem sollen hier aber auch nicht die Nachteile verschwiegen werden. Da Internetverbindungen und Netzgeräte nur eine bestimmte Anzahl an Paketen verarbeiten können, ist es möglich durch Überlastung bestimmter Stellen die Verbindung zu stören oder ganz zu verhindern. Dies kann böswillig für Denial of Service Attacken (DOS) ausgenutzt werden, oder solche Störungen können bei einer zu hohen Auslastung des Netzes auftreten (Congestion). Wenn die Pakete zu langsam ankommen leidet die Qualität 5. Bei einer direkten Verbindung erfährt jeder Teilnehmer auch die IP-Adresse des Partners. Diese kann unerwünscht private Informationen preisgeben, z. B. über den Internetprovider und den Standort. Dadurch sind dann gezielte Angriffe möglich. Ebenso können Nachrichten gefälscht werden, indem sie von einer vorgetäuschten IP-Adresse verschickt werden (IP Spoofing), oder irgendwo auf dem Weg mitgehört werden (Sniffen). Trotzdem sind ebenso Telefonate im PSTN nicht komplett sicher und die Nachteile von Internettelefonie halten sich in Grenzen. Ein typisches VoIP-Telefonat besteht aus zwei Teilen, erstens dem Verbindungsaufbau, dem Signaling, und zweitens dem Datentransfer, der meistens per Realtime Transfer Protokoll (RTP) erfolgt. Für das Signaling gibt es viele verschiedene Protokolle, die zueinander inkompatibel sind. Die beiden häufigsten SIP und H.323 sind auch schon zuvor erwähnt worden. Das H.323 Protokoll der ITU hat sich aus dem Telefonbereich entwickelt und ist schon sehr ausgereift, aber auch komplex. SIP vom IETF hingegen ist noch recht neu, wurde aber speziell im Hinblick auf Internetfunktionalität konzipiert und ist deshalb wohl das vielversprechendste. Im Moment sind diese zwei Protokolle die dominierenden und sie koexistieren, da beide ihre Vorzüge haben. Während die meisten Hardware Internet Telefone eher auf H.323 beruhen, zeichnet sich der Trend (besonders bei den mehr an Computer gebundenen Lösungen) zur Verwendung von SIP ab. 1.2 SIP Funktionsweise Das SIP Protokoll regelt Aufbau, Abbau und Veränderungen von Telefonverbindungen. Dieses Application Layer Protokoll wurde von Prof. Hennig Schulzrinne in Berlin entwi- 5 Siehe Jitter in 1.3

9 Grundlagen 9 ckelt, erstmals 1999 als ein Standard der IETF für Voice over IP Verbindungen in RFC 2543 vorgestellt und 2002 in RFC 3261 verbessert. Die von SIP bereit gestellten Dienste sind: Benutzerlokalisierung: Bestimmung der Kommunikationsendpunkte, die für die Kommunikation benötigt werden Anrufaufbau: Aufbau der Verbindung sowie Bestimmung der Verbindungsparameter Verfügbarkeitsprüfung: Überprüfung, ob die angerufene Partei bereit und willig ist, einen eingehenden Anruf anzunehmen Anrufbehandlung: Der Transfer und der Abbau von Verbindungen SIP ist ähnlich wie HTTP aufgebaut und basiert genauso auf ASCII-Text. Die Pakete sind also auch von Menschen lesbar. Hier ein Beispiel einer SIP Message: INVITE SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP Authorization: PGP version=5.0, signature=... From: A. Bell To: T. A. Watson Call-ID: Subject: Mr. Watson, come here. Content-Type: application/sdp Content-Length:... v=0 o=bell IN IP c=in IP m=audio 3456 RTP/AVP Abbildung 1: SIP Nachricht Der obere Teil von Abbildung 1 wird SIP Header genannt. Er gibt die SIP Methode (hier INVITE), den Empfänger die Version des

10 Grundlagen 10 Protokolls (SIP/2.0), das gewählte Transportprotokoll (UDP), einen Proxyserver oder SIP- Router über den die Nachricht geleitet wird ( ), den Sender (From: A. Bell einige eindeutige Call-ID und Informationen zum Inhalt der Nachricht (Content) an. Es gibt noch eine Vielzahl von Informationen die je nach Art der Nachricht im Header angegeben werden können: Accept Header Feld Accept-Encoding Accept-Language Allow Authorization Call-ID Contact Content-Encoding Content-Length Content-Type CSeq beschreibt: die Medientypen, welche in der Antwort möglich sind die in der Antwort erlaubten Kodierungen des Inhalts bevorzugte Sprache für Status-, Begründungs- und Sitzungsbeschreibungs-Antworten welche Methoden erlaubt sind Informationen für eine Autorisierung eindeutige Identifizierung eines Gesprächs: Call-ID = ("Call-ID" Kontaktadresse des Benutzers Kodierungsart des Inhalts Länge des Inhalts in bit Art des Inhalts, z.b. text/html Ansteigende Kommando-Sequenznummer für jede neue Nachricht mit gleicher Call-ID Date Zeit des ersten Sendens einer Nachricht (nach RFC 1123) Encryption Expires From Hide Max-Forwards Organization Priority Proxy-Authenticate Proxy-Authentization Art der Verschlüsselung des Inhalts Zeitpunkt an dem die Nachricht verfällt oder Lebensdauer in Sekunden Absender mit SIP-Adresse ob die Route der Nachricht geheim gehalten werden soll maximale Anzahl der Weiterleitungen (wird automatisch dekrementiert) Zugehörigkeit des Absenders zu einer bestimmten Organisation Priorität der Nachricht: emergency, urgent, normal, non-urgent Informationen von einem Proxy zur benötigten Authentifizierung Angaben des Clients für eine Authorisierung bei einem Proxy

11 Grundlagen 11 Header Feld Proxy-Require Record-Route Require Response-Key Retry-After Route Server Subject Timestamp To Unsupported User-Agent Via Warning WWW-Authenticate beschreibt: notwendige Eigenschaften, die ein Proxy haben muss Speichern der SIP-Adressen aller Stationen auf der Route notwendige Eigenschaften, die der antwortende Teilnehmer haben muss Schlüssel, mit dem die Antwort verschlüsselt werden muss Zeitspanne bis zum weiteren Sendeversuch, falls voriger nicht erfolgreich Route, auf der die Nachricht gekommen ist. Jeder Proxy nimmt den ersten Eintrag aus der Liste weg und verschickt die Nachricht an diesen Eintrag weiter. Informationen über die Software des Servers Textinformation über den Zweck des Gesprächs Zeitstempel mit individueller Zeit des Clients beim Erstellen der Nachricht Adresse, für die die Nachricht bestimmt ist Eigenschaften, die vom Server nicht unterstützt werden Informationen über die Software des Clients Weg, den die Nachricht bis jetzt gegangen ist Warnungen über aufgetauchte Probleme bei einer Nachricht Informationen zu einer benötigten Authentifizierung Tabelle 1: SIP Header Felder nach [3] Zudem kann es auch noch experimentelle, neue und selbst eingeführte Header geben, die natürlich nur dann nützlich sind, wenn sie jedem der Teilnehmer bekannt sind. Der untere Teil der SIP Nachricht aus Abb. 1 ist die sogenannte Payload und gibt weitere Informationen wie z. B. die verfügbaren Audio Codecs an. Dieser Teil ist im Session Description Protokoll 6 (SDP) beschrieben. SIP ist Client/Server basiert. Der Client schickt dabei eine Anfrage (Request), welche vom Server nach Bearbeitung mit dem Ergebnis beantwortet (Response) wird. Dabei kann bei einer Kommunikation von zwei Teilnehmern jeder die Rolle von Server und Client annehmen. Die Teilnehmer werden dabei als User Agents (UA) bezeichnet. Also können sie je nach Situation entweder die Rolle eines User Agent Client (UAC) oder ein User Agent Server (UAS) übernehmen. Die Kommunikation beginnend mit einem Request bis zur engültigen Response wird bei SIP als Transaktion bezeichnet. Das komplette Gespräch stellt einen Dialog dar. Üblicherweise sind User Agents Hardware- oder Softwaretelefone. 6 siehe Abschnitt 1.2.2

12 Grundlagen 12 Sie können aber auch spezielle Gateways oder Router sein, die für die SIP-Kommunikation erweiterte Funktionalität wie beispielsweise die Weiterleitung von Verbindungen anbieten [4]. Die Requests, die dem UAC zum Senden zur Verfügung stehen, sind [5]: INVITE: Einladung zu einem Gespräch, welches mit einem in der in der Payload angegebenen Codecs kodiert ist OPTIONS: Setzen von spezielle Optionen (meistens für Router) BYE: Anruf beenden CANCEL: Abbruch eines Requests REGISTER: Anmelden eines neuen Nutzers bei einem Telefonverzeichnis Als Antwort sind daraufhin sehr viele Responses möglich. Diese wurden, wie auch von Http bekannt, durchnummeriert. Viele Fehlercodes wurden dabei sogar ganz von HTTP/1.1 übernommen, wenn ein gleichartiger Fehler auftritt wie dort. Codes zwischen 100 und 199 sind informative Zwischenbemerkungen; 180 ist beispielsweise die Meldung, dass beim Gegenüber jetzt das Telefon klingelt. Antworten 200 bis 299 geben dann einen endgültigen Erfolg durch; 200, ist zum Beispiel die Nachricht, dass das INVITE angenommen wurde Die 300er Codes werden für Weiterleitungsmeldungen verwendet. Mit 4 beginnende Meldungen bedeuten, dass ein Fehler beim Client liegt, wie z. B. fehlerhafte Syntax. Bei 500 bis 599 kann der Server den Request nicht erfüllen. 600 bis 699 sind letztendlich Fehler, die global auftreten, also wenn der Request von keinem Server erfüllt werden kann.

13 Grundlagen 13 Folgende Tabelle 2 zeigt nun die exakten Fehlermeldungen: Type Status code Error Informational 100 Trying 180 Ringing 181 Call Is Being Forwarded 182 Queued Success 200 OK Redirection 300 Multiple Choices 301 Moved Permanently 302 Moved Temporarily 303 See Other 305 Use Proxy 380 Alternative Service Client-Error 400 Bad Request 401 Unauthorized 402 Payment Required 403 Forbidden 404 Not Found 405 Method Not Allowed 406 Not Acceptable 407 Proxy Authentication Required 408 Request Timeout 409 Conflict 410 Gone 411 Length Required 413 Request Entity Too Large 414 Request-URI Too Large 415 Unsupported Media Type 420 Bad Extension 480 Temporarily not available 481 Transaction Does Not Exist 482 Loop Detected 483 Too Many Hops Client-Error 484 Address Incomplete 485 Ambiguous 486 Busy Here Server-Error 500 Internal Server Error 501 Not Implemented 502 Bad Gateway 503 Service Unavailable 504 Gateway Time-out 505 SIP Version not supported Global failure 600 Busy Everywhere 603 Decline 604 Does not exist anywhere 606 Not Acceptable Tabelle 2: SIP Client Fehlercodes nach [3]

14 Grundlagen 14 SIP-Nachrichten müssen nicht über direkte Verbindungen erfolgen, sondern können auch, wie im Internet üblich, von speziellen SIP-Proxies weitergeleitet werden. Anhand der ähnlichen SIP-URL kann die Nachricht flexibel weiterverschickt oder umgeleitet werden. Normalerweise melden sich User Agents bei einem Server an, der Registrar genannt wird. Dieser hat dann immer die aktuelle IP-Adresse des jeweiligen SIP-UA, auch wenn der UA sich an unterschiedlichen Orten aufhält. Registrare führen eine Liste mit den anwesenden Usern und deren Aufenthaltsadresse 7. SIP-Proxies können entweder direkt weiterleiten, ohne zwischen bestimmten Zuständen zu unterscheiden (stateless) oder aber intelligent (stateful) sein und unterstützende Funktionen haben. Solche Funktionen können sein: Verteilen von Anrufen auf verschiedene Ziele: Falls es nicht genau feststeht, wo sich der Adressat im Moment aufhält und verschiedene Orte denkbar sind. Traffic und Kostenberechnung Anmeldung: Proxies übernehmen oft die Funktion eines Registrars (sie müssen dabei nicht einmal als Proxy verwendet werden). Grundsätzlich ist es auch erlaubt, eine bereits bestehende Verbindung durch neue INVI- TE-Requests zu modifizieren. Diese Möglichkeit wird genutzt, um die Kommunikationsquelle zu ändern oder um im Gespräch eine Pause einzuführen, also den Gesprächspartner auf "Hold" zu setzen. Dazu wird einfach als eigene Empfängeradresse die IP-Adresse verwendet. Selbst wenn der andere Teilnehmer "Hold" nicht versteht, schickt dieser seine Daten dann an die nicht existierende IP-Adresse. In dieser Zeit wird als neue Quelle zum Beispiel ein Musikstream angegeben. Eine Rufumleitung lässt sich mit SIP genauso einfach durchführen. Dazu wird einfach eine Response 302 (Temporarily Not Available) verschickt. Dabei wird im "Contact"-Feld eine Liste der alternativen SIP-URLs mitgeschickt. Der Gesprächspartner kann es dann mit der alternativen Nummer versuchen, normalerweise übernimmt dies aber der Proxy. Für Sicherheit bietet SIP auch die gängigen Mechanismen wie sie auch bei Http und verwendet werden. Eine Authentifizierung erfolgt dadurch, dass alle Requests mit dem Code 401 (Authorization Reqired) oder dem Code 407 (Proxy Authentication Required) abgelehnt werden können, falls die Authorisierungsinformationen im Request nicht genügen. Schutz vor einfachem Sniffen 8 der Pakete kann durch Verwenden des Transport Layer Security Protokolls (TLS) 9 anstatt des unverschlüsselten UDP erzielt werden. Auf der Medienebene bietet sich auch die Möglichkeit Verschlüsselungsalgorithmen wie z. B. 7 Durch die Funktion REGISTER 8 Mitlesen der Internetpakete von Rechnern, die bei der Verbindung zwischen den Kommunikationspartnern liegen 9 es verwendet Secure Sockets Layer (SSL) 3.0

15 Grundlagen 15 Triple-DES zu benutzen. Das sogenannte Secure Realtimetime Protokoll (SRTP) 10 kann dabei RTP ersetzen, dadurch wird eine Verschlüsselung in Echtzeit ermöglicht und es kommt nicht zu störenden zeitlichen Verzögerungen bei der übertragenen Sprache. Der Austausch der Schlüssel erfolgt hierbei durch TSL geschützte Signalisierung. Durch diese Methoden oder auch das Verwenden von Pretty Good Privacy (PGP) 11 kann (bei genügend hoher Sicherheitsstufe) ein Unmöglichmachen des Abhörens gewährleistet werden. Eine "Man in the middle attack", bei der sich ein Belauscher als Gegenstelle für beide Gesprächspartner ausgibt, kann dadurch verhindert werden, dass ein Teil des öffentlichen Schlüssels angezeigt wird, um ihn dann dem Gesprächspartner vorlesen zu können. SIP stellt also alle nötigen Mechanismen für eine sichere Kommunikation bereit. Leider werden solche Sicherheitsmechanismen derzeit kaum verwendet, was einerseits an dem geringen Sicherheitsbewusstsein der Endnutzer liegt und auch daran, dass staatliche Sicherheitsbehörden und Geheimdienste dadurch einer der wichtigsten Informationsquellen beraubt würden [6][7]. Nachdem nun generell auf die Vorteile und Mechanismen von SIP eingegangen wurde, wird das ganze nochmal mit einem Beispiel vertieft Beispielszenario Ein typischer Verbindungsaufbau mit SIP sieht nun wie folgt aus: Anrufer Angerufener INVITE 100 (Trying) Transaktion 180(Ringing) 200 (OK) ACK Dialog RTP BYE 200 (OK) Abbildung 2: SIP Verbindungsaufbau

16 Grundlagen 16 Nachdem die Teilnehmer über die Register-Methode bei einem Registrar erfolgreich angemeldet sind, also einen 200 Responsecode zurückbekommen haben (der UA gibt an, wo er zu erreichen ist und erhält die Bestätigung mit dem Code 200 (Ok)), kann der eigentliche Dialog beginnen. Jeder Request wird zuerst an den zuständigen SIP-Proxy versandt, der dann das weitere Routing bestimmt. Bei jeder weiteren Station wird dann der VIA- Header um diese Adresse erweitert. Jede Response-Nachricht wird immer an die Adresse geschickt, welche im ersten Via-Feld aufgeführt ist, wobei dann diese Adresse wieder aus der Liste gestrichen wird. Dadurch können die Antworten genau die gleiche Route zurück verfolgen auf der schon der Request gekommen ist. Die übliche SIP Verbindung ist in Abbildung 2 zu sehen; sie wird folgendermaßen initiiert: 1. Der Anrufer (Caller) schickt eine INVITE-Message an den Angerufenen (Callee). Diese kann direkt erfolgen, oder über eine Vielzahl von Proxy Servern. In der INVITE- Nachricht stehen auch alle wichtigen Daten für das Kommunikationsmedium. 2. Darauf erfolgt normalerweise eine informative Nachricht 100 (Trying) als Antwort. Wenn UDP verwendet wird, werden die gleichen Requests grundsätzlich immer wieder verschickt, bis die Nachricht beantwortet wird oder ein Timeout erfolgt. Bei der Ankunft von 100 wird also erkannt, dass erfolgreich gesendet wurde und der Request muss nicht wiederholt abgeschickt werden. 3. Wenn der INVITE-Request beim Gegenüber angekommen ist, muss auf Eingreifen des Benutzers gewartet werden, der das Telefonat annimmt oder ablehnt. Das Telefon klingelt. Deshalb wird 180 (Ringing ) zurück gesendet. 4. Nun gibt es eben diese beiden Möglichkeiten: - Falls das Gespräch abgelehnt wird, schickt man z. B. 603 (Declined) zurück. Damit endet der Dialog. - Bei Annahme wird mit einem 200 (Ok) geantwortet, und darin enthalten ist eine Beschreibung der eigenen Mediendaten, die für die Kommunikation benötigt werden. 5. Wenn diese Daten beim Anrufenden angekommen sind, antwortet dieser mit der Acknowledgement Methode (ACK). Diese Methode wird ausschliesslich bei INVITE verwendet. 6. Jetzt ist die Verbindung aufgebaut und Daten werden per RTP miteinander ausgetauscht. 7. Wenn einer der Gesprächspartner die Verbindung trennen will, schickt er einen BYE- Request. 8. Dieser Request wird dann durch ein einfaches 200 bestätigt und das Gespräch ist beendet. Um überhaupt ein Gespräch führen zu können, müssen einige Informationen über das Kommunikationsmedium und die Übertragungsweise ausgehandelt werden. Dies geschieht

17 Grundlagen 17 in der Payload der INVITE-Message. Sie wird durch das Session Description Protokoll beschrieben, das im nächsten Kapitel erläutert wird SDP Neben SIP benötigt man, wie zuvor schon angesprochen, auch noch das Session Description Protokoll, welches SIP sehr ähnlich ist, aber statt dem Verbindungsaufbau den Austausch von benötigten Kommunikationsinformationen wie Codecs und Ports durchführt. Die Codecs müssen dabei nicht genau festgelegt werden. Es ist deshalb prinzipiell sogar möglich, dass beide Parteien mit unterschiedlichen Codecs senden. Die am wichtigsten auszutauschenden Informationren sind: die IP-Adresse für die Medienverbindung, die Art des Mediums, also Video und Audio, der Port, auf dem der Stream erwartet wird und alle verschiedenen Codecs, die möglich sind. Folgende Abbildung zeigt eine typische SDP-Payload, die einer INVITE-Nachricht angehängt ist: v=0 o=mhandley IN IP s=sdp Seminar i=a Seminar on the session description protocol u=http://www.cs.ucl.ac.uk/staff/m.handley/sdp.03.ps (Mark Handley) c=in IP /127 t= a=recvonly m=audio RTP/AVP 0 m=video RTP/AVP 31 m=application udp wb a=orient:portrait Abbildung 3: SDP- Payload [8] Der Inhalt besteht also immer aus einer Zeile mit einem Buchstaben beginnend, der den Parameter spezifiziert, gefolgt von der gewünschten näheren Beschreibung des Inhalts dieses Parameters. Die möglichen Parameter sehen wie folgt aus:

18 Grundlagen 18 Session description v= protocol version o= owner and session identifier s= session name i* 12 = Session information u*= e*= p*= c*= b*= URI of description address phone number connection information - not required if included in all media bandwidth information t= time the session is active r*= z*= k*= a*= zero or more repeat times time zone adjustments encryption key zero or more session attribute lines Media description (beliebig viele) m= media name and transport address i*= c*= b*= k*= a*= media title connection information - optional if included at session-level bandwidth information encryption key zero or more media attribute lines Tabelle 3: SDP Parameter [8] Da die Nachrichten nur beinhalten, an welchem Port und welche Daten erwartet werden, können unter Umständen Probleme auftreten. Schickt beispielsweise der UAS eine Liste von Codecs, von denen der UAC keinen beherrscht, so bietet sich keine Gelegenheit mehr, dies dem UAS zu melden. Deshalb kann der UAC nur das Gespräch aufnehmen und dann direkt wieder beenden. Der Partner versteht in diesem Fall nicht, warum die Verbindung fehlschlägt[8]. Anderenfalls ist eine Verbindung erfolgreich aufgebaut und eine RTP-Verbindung wird aufgebaut, um die Gesprächsdaten zu transportieren. 12 * bedeutet optionale Beschreibung

19 Grundlagen RTP RTP ist das Protokoll, das für die Übertragung der Sprachsignale zuständig ist (und auch der Videosignale, falls Videoübertragung erfolgen soll). RTP wurde von der Audio- Video Transport Working Group (AVT WG) 13 für den Transport von Nutzdaten im zeitsensitiven Modus entwickelt. Dafür hat es spezielle Eigenschaften wie: Identifizierung des Datentyps Folgenummerierung Zeitstempel Auslieferungsüberwachung Den genauen Inhalt eines RTP-Headers wird hier in Abbildung 4 dargestellt: V P X CC M PT(7Bit) Sequence Number (16 Bit) Timestamp (32 Bit) Synchronisation Source ( SSRC) Identifier (32 Bit) Contributing Source (SSRC) Identifier (32 Bit) V: Version (2 Bit) CC: Contributing Source Count (CSRC) (4 Bit) P: Padding (1 Bit) M: Marker (1 Bit) X: Extension (1 Bit) PT: Payload Type (7 Bit) Abbildung 4: RTP-Header[9] Nachdem Sprache durch Aufnahme, Digitalisierung und Komprimierung durch einen Codec in Audiodaten umgewandelt wurde, werden diese Audiodaten als Stream versendet. Die Einheiten sind dabei sehr klein, meistens wird alle 20ms ein Paket verschickt. Jeder Dateneinheit geht ein RTP-Header voraus. Und RTP-Header und die Audio-Dateneinheit werden zusammen wiederum in ein UDP-Paket verpackt und dieses schließlich in ein IP- Paket (siehe Abbildung 5). 13 im Auftrag der IETF

20 Grundlagen 20 Realtime-Time-Daten Byte RTP 12-Byte-Header UDP 8-Byte-Header IP 20-Byte-Header Abbildung 5: Audio-Paket mit Header Der RTP-Header zeigt an, welcher Kodierungstyp verwendet wird, den Payload Type (PT). Deshalb ist es auch möglich, während des Sendens das Kodierungsverfahren zu wechseln. Zudem enthält jedes Paket einen Zeitstempel und eine Sequenznummer, da im Internet beim Verwenden von UDP häufig Pakete verloren gehen und/oder in der falschen Reihenfolge beim Empfänger eintreffen können. Dadurch können die Pakete beim Empfänger sinnvoll wieder zusammengefügt werden. Der Empfänger erfährt dadurch auch etwas über die Qualität der Verbindung und kann diese dann eventuell anpassen. Dies geschieht dadurch, dass die Datenübertragung vom Realtime Control Protokoll (RTCP) überwacht wird. RTCP basiert auf einem regelmäßigen Kontrollpaketeaustausch zwischen den Teilnehmern. Dabei wird ein Feedback über die Dienstgüte ausgetauscht und QoS-Parameter werden dann passend gesetzt [9]. Übliche Audio-Kodierungen und deren Payloadtyp zeigt nun Tabelle 4: PT Kodierung sample/fra me Sample Rate (Hz) 0 PCMU sample 8, reserved 2 reserved 3 GSM frame 8, G723 frame 8, DVI4 sample 8, DVI4 sample 16, LPC frame 8, PCMA sample 8, G722 sample 8,000 1 Kanäle

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